DE2646236C2

DE2646236C2 - Messkammeranordnung für elektrochemische Messeinrichtungen und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE2646236C2
Application number: DE19762646236
Authority: DE
Inventors: Jorgen Andersen; Ole 2730 Herler Nielsen
Original assignee: Radiometer AS
Current assignee: Radiometer AS
Priority date: 1975-10-15
Filing date: 1976-10-13
Publication date: 1984-04-19
Also published as: JPS6032135B2; IT1068046B; DK144107C; GB1558818A; DK144107B; JPS5249855A; DK464575A; DE2646236A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Meßkammerancrdnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Elektrochemische Meßeinrichtungen oder -apparaturen, bei welchen eine Vielzahl unterschiedlicher Messungen gleichzeitig oder aufeinanderfolgend in einer entsprechenden Anzahl von miteinander in Verbindung stehenden und in einer Meßkammeranordnung enthaltenen Meßkammern ausgeführt werden, sind bekannt. Sollen die Meßapparaturen oder -vorrichtungen zum Ausführen sehr genauer Messungen an sehr kleinen Flüssigkeits- oder Gasproben imstande sein, so sind höchste Ansprüche an die Meßkammern und die die Meßkammern miteinander verbindenden Verbindungskanäle zu stellen. Liegt die zu untersuchende Materialprobe als Gas oder Flüssigkeit (mit eventuell darin gelöstem Gas) vor. so müssen die die Meßkammern und die Verbindungskanäle definierenden inneren Oberflächen derart beschaffen sein, daß sie nicht die

Zusammensetzung oder die Eigenschaften der Probe in nennenswertem Ausmaße beeinflussen oder verändern, wenn die Probe durch die Meßkammeranordnung hindurchgeführt wird. Ein Wechsel der Zusammensetzung der Materialprobe kann beispielsweise durch Verunreinigung mit Stoffen erfolgen, die von einer vorangehenden Untersuchung her in der Einrichtung zurückgeblieben sind. Ferner können in die Probe Gasmengen absorbiert werden, die von den Wandungen der Meßkammern stammen, oder können Gase von den Wandungen der Meßkammern absorbiert werden, die aus den Materialproben stammen. Aus den vorstehend genannten Gründen ist es ratsam, die Meßkammeranordnungen der in Rede stehenden Art aus einem Material herzustellen, welches eine große Oberflächendichte besitzt und sich gegenüber den Materialproben inert verhält, wie beispielsweise nichtrostender Stahl oder Glas. Werden derartige Materialien verwendet, so ist es erforderlich, die Oberflächen der Meßkammern und der Verbindungskanäle durch Schleifen oder Polieren zu behandeln oder zu bearbeiten. Üblicherweise besitzen sowohl die Meßkammern als auch die Verbindungskanäle sehr geringe Abmessungen und relativ komplizierte Gestaltungen, weshalb die Herstellung einer derartigen Meßkammeranordnung aus Glas, nichtrostendem Stahl oder vergleichbaren Werkstoffen relativ kostspielig ist. Zur Verringerung der Kosten hat es sich häufig als erforderlich erwiesen, die Meßkammeranordnung aus Kunststoff herzustellen, wenngleich ein solcher Werkstoff weniger geeignet ist und in einigen Fällen Änderungen der Zusammensetzung einer in die Meßkammer eingebrachten Materialprobe in einem solchen Ausmaß hervorgerufen werden, daß der Meßfehler, so weit als möglich kompensiert werden muß.

In der britischen Patentschrift 13 46 533 ist eine Meßkammeranordnung mit Meßkammern beschrieben, die durch eine Vielzahl von im Abstand voneinander angeordneten Vertiefungen in einer Seitenfläche eines blockförmigen Körpers definiert sind, wobei benachbarte Vertiefungen mit Hilfe eines V-förmigen Verbindungskanals verbunden sind.

Die Aufgabe der Errfindung besteht darin, eine Meßkammeranordnung zu schaffen, die einfach herstellbar sein soll und bei welcher die Oberflächen der Meßkammern und der Verbindungskanäle relativ einfach zu bearbeiten sind.

Die Meßkammeranordnung nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die Vertiefungen in einander gegenüberliegenden Oberflächenbereichen des blockförmigen Körpers ausgebildet sind und daß alle Verbindungskanäle oder Durchtritte geradlinig verlaufen und eine Ausnehmung in einem Oberflächenbereich mit einer Ausnehmung in dem anderen Oberflächenbereich verbindet.

Es versteht sich, daß eine derartige Meßkammeranordnung relativ leicht aus einem blockförmigen Körper aus Glas, nichtrostendem Stahl oder andeien Material mit geeigneten Eigenschaften hergestellt werden kann. Dabei können die Vertiefungen in den einander gegenüberliegenden Oberflächenbereichen durch Drehen. Schleifen oder andere geeignete Maßnahmen herbeigeführt werden. Die sich geradlinig erstreckenden Verbindungskanäle oder -bohrungen, die sich auf kürzestem Wege /wischen zwei benachbart angeordneten Vertiefungen durch die blockförmigen Körper erstrecket;, können mittels eines einfachen Bohrvorira'; ges hergestellt werden. Wegen der einfachen Gesial;

der Meßkammeranordnung können die Oberflächen der Ausnehmungen und Verbindungskanäle auf relativ einfache Weise durch Schleifen, Polieren und dergleichen bearbeitet werden.

Außerdem macht es die Anordnung der Vertiefungen in gegenüberliegenden Oberflächenbereichen des blockförmigen Körpers möglich, eine kompaktere Meßeinrichtung zu erzielen, als bei Anordnungen, in welchen die Meßkammern auf der gleichen Seitenoberfläche des blockförmigen Körpers angeordnet sind. Weil die Verbindungskanäle oder -bohrungen zwischen den Meßkammern geradlinig verlaufen, können dieselben sehr einfach sauber gehalten werden, wodurch sich Verunreinigungen einer zu untersuchenden Probe durch von einer vorhergehend untersuchten Probe stammen- !"> de Stoffe weitgehend vermeiden lassen.

Die Vertiefungen im blockförmigen Körper können beispielsweise derart miteinander verbunden sein, daß drei oder mehr Verbindungskanäle von einer zentral angeordneten Bohrung zu einer entsprechenden Anzahl von in dem gegenüberliegenden Oberilächenbereich des Körpers ausgebildeten Vertiefungen verlaufen. Erfindungsgemäß sind die Vertiefungen in einander gegenüberliegenden Oberflächenbereichen des blockförmigen Körpers jedoch vorzugsweise mit Hilfe von -⁵ geradlinigen Bohrungen oder Kanälen in Reihe hintereinanderliegend miteinander verbunden. In diesem bevorzugten Fall bilden die Vertiefungen und die Verbindungskanäle oder -bohrungen gemeinsam einen kontinuierlichen Meßkanal, der über seine Länge eine w relativ gleichmäßige Querschnittsfläche besitzen kann. Innerhalb der Erfindung ist es gleichfalls bevorzugt, je zwei aufeinanderfolgende, miteinander verbundene Vertiefungen in den einander gegenüberliegenden Oberflächenbereichen in bezug aufeinander versetzt ^!l anzuordnen, wobei sich dann jeder Verbindungskanal in einer geneigten oder schrägen Richtung zwischen den Umfangszonen der miteinander verbundenen Vertiefungen erstreckt. Durch eine solche Ausführungsform der Erfindung kann ein Meßkanal ohne plötzliche ⁴ⁿ Richtungswechsel erzielt werden und wegen des Umstandes, daß sich die Verbindungskanäle oder -bohrungen in die Umfangs- oder Randzonen der Vertiefungen öffnen, ist es möglich, vorteilhafte Strömungsbedingungen ohne die Ausbildung sogenann- ⁴' ter Taschen zu erzielen, wenn man eine Materialprobe durch den Meßkanal hindurchströmen läßt. Durch eine solche Anordnung der als Meßkammern dienenden Vertiefungen wird auch eine günstige wechselseitige Anordnung der den Meßkammern zugeordneten ">'' Meßinstrumente erzielt.

Die als Meßkammern verwendeten Vertiefungen müssen selbstverständlich in der einen oder anderen Weise verschlossen werden. Dieses kann vorteilhaf'.erweise mit Hilfe des Meßinstrumentes geschehen, ^r> welches einer jeden einzelnen Meßkammer zugeordnet ist. Dieses Meßinstrument kann beispielsweise eine elektrochemische Meßelektrode derjenigen Art sein, die an einem Ende eine semipermeable Membran besitzt. Die Meßelektrode kann derart in dem ^w blockförmigen Körper befestigt sein, daß das mit der Membran versehene Ende der Meßclektrode in die Vertiefung ragt und dieselbe nach außen abdichtet, wobei nach Möglichkeit noch ein Dichtungsring oder ein anderes geeignetes Dichtelement verwendet und. '"■'·

Zur Ausführung genauer Messungen ist es häufig erforderlich, dafür Sorge /u tragen, daß sieh die /u untersuchende Materialprobe aul einer vorbestimmten Temperatur befindet. Es kann demzufolge erforderlich sein, der Probe innerhalb der Meßkammer Wärme zuzuführen oder zu entziehen und aus diesem Grunde kann es vorteilhaft sein, den blockförmigen Körper au«: einein Werkstoff mit guten Wärvneleitfähigkeitseigenschaften herzustellen. Nichtrostender Stahl und andere Metalle besitzen diese guten Eigenschaften. Im Verlaufe bestimmter Messungen können jedoch Fehler dadurch entstehen, daß die Meßkammer innerhalb eines elektrisch leitenden Materials ausgebildet ist und demzufolge hat man sich in der Praxis auf Glas oder Kunststoff beschränkt Glas besitzt eine Anzahl ausgezeichneter Eigenschaften. Es ist jedoch relativ schwierig zu gestalten und oberflächlich zu behandeln. Kunststoff hingegen ist leicht zu gestalten und zu formen und gestattet leicht Oberflächenbehandlungen. Es hat jedoch die bereits genannten weniger vorteilhaften Eigenschaften und außerdem eine relativ schlechte Wärmeleitfähigkeit.

Der blockförmige Körper kann in vorteilhafterweise aus einem Glas-Keramik-Werkstoff hergestellt werden. Dieses Material ist in Blockform im Handel erhältlich und besitzt unter seinen Eigenschaften eine ausgezeichnete Bearbeitbarkeit. Außerdem ist dieser Werkstoff dank anderer Eigenschaften zur Herstellung von Meßkammeranordnungen der in Rede stehenden Art wenigstens ebenso geeignet wie Glas.

Die Erfindung umfaßt auch ein Verfahren zur Herstellung einer Meßkammeranordnung der vorstehend beschriebenen Art, wobei nach diesem Verfahren eine Vielzahl von Vertiefungen oder Aushöhlungen in gegenüberliegenden Oberflächenbereichen eines blockförmigen Körpers hergestellt wird und diesen Körper durchsetzende gradlinige Bohrungen hergestellt werden, die sich zwischen zwei in den genannten gegenüberliegenden Oberflächenbereichen ausgebildeten Vertiefungen oder Aushöhlungen erstrecken.

Im Rahmen vorliegender Erfindung ist unter der Bezeichnung »blockförmiger Körper« nicht nur ein quaderförmig gestalteter Körper, sondern ein jeder Körper mit zwei einander gegenüberliegenden ebenen oder gekrümmten Oberflächenbereichen zu verstehen, die hinreichend weit voneinander entfernt sind, um darin die vorstehend erwähnten Vertiefungen oder Aushöhlungen auszubilden.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnung, welche schematisch eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitenansicht einer Meßkammereinheit mit dazugehöriger Meßapparatur darstellt.

Die Zeichnung zeigt eine Meßkammeranordnung, die aus einem Block 10 aus Glas, einem geeigneten Metall, wie nichtrostendem Stahl, oder einem anderen geeigneten Werkstoff besteht. Vorzugsweise besteht die Anordnung jedoch aus einem Glas-Keramik-Werkstoff, wie beispielsweise dem unter dem Warenzeichen »MACOR« von Corning Glass Works aus Corning im amerikanischen Bundesstaat New York vertriebenen Werkstoff. Der Block 10 besitzt zwei einander gegenüberliegende Seitenflächen 11 und 12, in welchen eine Vielzahl, im vorliegenden Fall drei, Vertiefungen 13 ausgebildet sind. In Längsrichtung des Blockes 10 sind diese Vertiefungen in bezug zueinander versetzt angeordnet. Die Vertiefungen 13 sind mit Hilfe von schräg oder geneigt verlaufenden Kanälen oder Bohrungen 14 hintereinanderliegend miteinander verbunden (sozusagen hintereinandereesehaltet). wobei

sich die Kanäle oder Bohrungen 14 vorzugsweise in die Umfangszonen der Vertiefungen öffnen. Bohrungen 15 erstrecken sich von den im Bereich der Endflächen 16 des Blockes 10 gelegenen Vertiefungen oder Ausnehmungen und öffnen sich in diese Endflächen.

Eine Vielzahl von Meßinstrumenten oder Mcßelektroden 17, 18 und 19 ist derart angeordnet, daß jede Meßelektrode eine der entsprechenden Vertiefungen 13 nach außen schließt und abdichtet, so daß in der Vertiefung eine Meßkammer definiert ist. Wie deutlich aus der Zeichnung zu erkennen, bilden die durch die Vertiefungen 13 definierten Meßkammern gemeinsam mit den Bohrungen 14 und 15 einen kontinuierlichen leicht zickzack-förmigen Meßkanal. Die Meßelektroden 17 bis 19 sind in bezug zum Block 10 in jeder geeigneten, nicht dargestellten Weise befestigt. Zum Abdichten der Elektroden 17 bis 19 gegenüber den benachbarten Oberflächenabschnitten des Blockes 10 können Dichtungsringe 20, wie beispielsweise O-Ringe verwendet werden. Diese Dichtungsringe 20 können gleichzeitig zur Befestigung einer semipermeablen Membran 21 benutzt werden, die sich über das Eiektrodenende erstreckt.

Die beschriebene Meßkammeranordnung kann in einer automatischen oder halbautomatischen Meßapparatur verwendet werden, wie beispielsweise eine Meßapparatur gemäß US-Patentschrift 38 74 058. Ist die Meßkammeranordnung in einer Vorrichtung zur Untersuchung einer Blutprobe angeordnet, so können die Meßelektroden 17, 18 und 19 beispielsweise zum Bestimmen des COj-Partialdruckes, des pH-Werte; sowie des Sauerstoff-Partialdruckes verwendet werden Derartige Meßelektroden sind bekannt, weshalb auf die in der Zeichnung dargestellten Meßelektroden nich

"' näher eingegangen wird.

Es sei unterstrichen, daß an dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung zahl reiche Veränderungen und Abwandlungen vorgenom men werden können, ohne daß der Erfindungsgedanke verlassen wird. So muß der Block 10 nicht notwendiger weise quaderförmig gestaltet sein, sondern kanr beispielsweise auch als Zylinder ausgebildet sein. Die Vertiefungen können dann in einander gegenüberliegenden Abschnitten der Zylinderoberfläche ausgebildei

¹"' sein. Es sei ferner bemerkt, daß es nicht erforderlich ist alle Vertiefungen 13 längs ein und derselben Ebene vorzunehmen. Das heißt, daß die einzelnen Vertiefungen nicht nur in Längsrichtung, sondern auch ir seitlicher Richtung versetzt zueinander angeordnet seir

-° können. Selbst wenn die Meßkammern vorteilhafterweise mit Hilfe der Meßinstrumente oder Meßelektroden 17 bis 19 in der in der Zeichnung dargestellter Weise innerhalb der Vertiefungen 13 definiert sind, se sei dennoch unterstrichen, daß die Meßkammerr

-5 wahlweise andersartig definiert sein können, wie beispielsweise mit Hilfe von Platten oder von Vorrichtungsieilen, die in die Seitenoberflächen Il und 12 des Blockes 10 eingreifen und in welchen die Meßinstrumente befestigt sein können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Meßkammeranordnung fur elektrochemische Meßeinrichtungen, mit zwei oder mehr Meßkammern in Form von Vertiefungen in der Oberfläche eines blockförmigen Körpers, wobei die Vertiefungen mit Hilfe von dem Körper ausgebildeten Kanälen miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen (13) in einander gegenüberliegenden Oberflächenbereichen (11, 12) des blockförmigen Körpers (10) vorgesehen sind und daß alle Kanäle (14) geradlinig verlaufen und eine in dem Oberflächenbereich gelegene Vertiefung mit einer in dem anderen Oberflächenbereich gelegenen Vertiefung verbinden.

2. MeKcammeranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie wenigstens teilweise aus einem Glas-Keramik-Werkstoff besteht.

3. MeGkammeranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen

(13) in den einander gegenüberliegenden Oberflächenbereichen (U, 12) mit Hilfe der Verbindungskanäle (14) in Reihe hintereinanderliegend miteinander zu einem kontinuierlichen Meßkanal verbunden sind.

4. Meßkammeranordnung nach einem der Ansprüche 1—3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen (13) in einem der Oberflächenbereiche (11,12) hinsichtlich der Vertiefungen indem anderen Oberflächenbereich versetzt angeordnet sind, wobei jeder Verbindungskanal (14) einen spitzen Winkel mit jedem der Oberflächenbereiche bildet.

5. Meßkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungskanäle

(14) jeweils in die Randbereiche der Vertiefungen (13) münden.

6. Verfahren zum Herstellen einer Meßkammeranordnung für elektrochemische Meßeinrichtungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den einander gegenüberliegenden Oberflächen eines blockförmigen Körpers eine oder mehrere Vertiefungen ausgebildet werden und daß jeweils zwei in einander gegenüberliegenden Oberflächen des Körpers ausgebildete Vertiefungen mit Hilfe einer den Körper durchsetzenden geradlinigen Bohrung miteinander verbunden werden.