DE2652370A1

DE2652370A1 - Multiple measurement system for electrochemical analysis - has sensors inserted in chambers in form of recesses in insulating body for flowing fluid to be analysed

Info

Publication number: DE2652370A1
Application number: DE19762652370
Authority: DE
Inventors: Wilfried Dr Schael; Johannes Georg Dr Dr Schindler
Original assignee: Dr Eduard Fresenius Chemisch Pharmazeutische Industrie KG
Current assignee: Dr Eduard Fresenius Chemisch Pharmazeutische Industrie KG
Priority date: 1976-11-17
Filing date: 1976-11-17
Publication date: 1978-05-18

Abstract

The multiple measurement system for electro-chemical analysis of flowing fluids has several selectively sensitive sensors in test chambers through which the tested medium consecutively flows. Each chamber is in the form of a recess in the surface of an insulating body provided with inlets and outlets. The insulating body (15) has sealing surfaces in parallel and surrounding the outlet holes (21) of the inlet and outlet channels (20). These adjacent surfaces are clamped in a metal frame provided with holes for sensor insertion, and for inlets and outlets for the flowing medium.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht aus von einem Mehrfachmeßsystem für die elektrochemische Analyse strömender Flüssigkeiten und Gase nach der Gattung des Hauptanspruchs.The invention is based on a multiple measuring system for the electrochemical Analysis of flowing liquids and gases according to the preamble of the main claim.

Die elektrochemische Analyse hat dank der stürmischen Entwicklung der ionenselektiven Elektroden in letzter Zeit einen erheblichen Aufschwung genommen. Eine zur Durchführung solcher Analysen geeignete Meßkette ist beispielsweise in der DT-OS 2 503 176 beschrieben. Dort wird unter anderem eine Einstabmeßkette vorgeschlagen, bei der eine Meßelektrode und mit eine Bezugselektrodevgeringem Abstand nebeneinander an der gleichen Oberfläche eines Elektrodenkörpers angeordnet sind und diese Oberfläche eine Begrenzung einer flachen wannenförmigen Meßkammer bildet, in deren Schmalseiten Zu- und Abflußkanäle münden. Die Meßkammer und die Zu- und Abflußkanäle sind in einem Isolierkörper ausgebildet.The electrochemical analysis has, thanks to the rapid development of ion-selective electrodes has seen a significant boom recently. A suitable measuring chain for carrying out such analyzes is, for example, in the DT-OS 2 503 176 described. Among other things, a combination electrode is proposed there, with a measuring electrode and a reference electrode at a small distance next to one another are arranged on the same surface of an electrode body and this surface forms a boundary of a flat trough-shaped measuring chamber, in the narrow sides Inlet and outlet channels open. The measuring chamber and the inflow and outflow channels are in an insulating body formed.

Es ist auch schon eine Vorrichtung zur gleichzeitigen Durchflußmessung verschiedener Parameter einer Flüssigkeit bekannt geworden (Orion Research Newietter, Vol. VI, No. 2, 1974). Die Flüssigkeit wird hierbei in einzelne Zweige aufgeteilt, die je einen Modul mit zwei ionenselektiven Elektroden und einer Bezugselektrode durchströmen. Die Elektroden sind getrennt voneinander in dem Modul angeordnet und über Leitungen miteinander verbunden.It is also a device for simultaneous flow measurement various parameters of a liquid became known (Orion Research Newietter, Vol. VI, No. 2, 1974). The liquid is divided into individual branches, each one module with two ion-selective electrodes and one reference electrode flow through. The electrodes are arranged separately from one another in the module and connected to each other via cables.

Die Module erfordern deshalb einen großen Herstellungsaufwand, sind verhältnismäßig störungsanfällig und schwer sauber zu halten. Die verwendeten Elektroden mit Flüssigkeitsfüllung haben eine ziemlich kurze Lebensdauer. Wenn eine Elektrode ausfällt oder sich störende Ablagerungen in den Verbindungsleitungen und Meßkammern gebildet haben, muß der ganze Modul ausgewechselt und durch einen neuen ersetzt werden.The modules therefore require a great deal of manufacturing effort relatively prone to failure and difficult to keep clean. The electrodes used with liquid filling have a fairly short lifespan. If an electrode fails or interfering deposits in the connecting lines and measuring chambers have formed, the entire module must be exchanged and replaced with a new one will.

Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Anordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß sowohl die Sensoren (Elektroden), als auch die Meßkammern sämtlich leicht auswechselbar zu einem kompakten Mehrfachmeßsystem vereinigt sind, wobei die Verbindungsleitungen zwischen den einzelnen Meßkammern auf dem kürzesten Wege verlaufen. Die Sensoren sind untereinander austauschbar ausgebildet, so daß sie an beliebiger Stelle der Meßkette und in beliebiger Anzahl eingesetzt werden können. Dasselbe gilt für die Verbindung mit der Bezugselektrode. Der alle Meßkammern umschließende Metallrahmen dient zur Halterung der Sensoren und übernimmt gleichzeitig die Aufgabe, das ganze Meßsystem wirksam gegen äußere Störeinflüsse abzuschirmen.Advantages of the invention The arrangement according to the invention with the characterizing Features of the main claim has the advantage that both the sensors (Electrodes), as well as the measuring chambers are all easily exchangeable to a compact one Mehrfachmeßsystem are combined, with the connecting lines between the individual Measuring chambers run on the shortest route. The sensors are interchangeable designed so that they can be used at any point on the electrode and in any number can be used. The same applies to the connection with the reference electrode. The metal frame surrounding all measuring chambers is used to hold the sensors and at the same time takes on the task of making the entire measuring system effective against external factors Shield interference.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Mehrfachmeßsystems möglich. So wird durch die Anbringung je einer Meßkammer an den gegenüberliegenden Stirnseiten jedes Isolierkörpers eine Verdoppelung der Meßstellen auf kleinstem Raum erreicht. Die beiden Meßkammerketten können unabhängig voneinander, hintereinander oder parallel von dem Strömungsmittel durchflossen werden.The measures listed in the subclaims are advantageous Developments and improvements of the multiple measuring system specified in the main claim possible. By attaching one measuring chamber to the opposite one Front sides of each insulating body a doubling of the measuring points to the smallest Space reached. The two measuring chamber chains can be independent of one another, one behind the other or through which the fluid flows in parallel.

Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine Gesamtansicht des Mehrfachmeßsystems in perspektivischer Darstellung, Fig. 2 eine Draufsicht desselben mit gestrichelter Darstellung der inneren Kanäle und Bohrungen, Fig. 3 die perspektivische Darstellung eines Isolierkörpers in größerem Maßstab, Fig. 4a u. 4b Beispiele von an das Meßsystem angepaßten Sensoren und Fig. 4c ein Anschlußstück für die Zuführung des Bezugselektrolyten.Drawing An embodiment of the invention is shown in the drawing and explained in more detail in the following description. It shows Fig. 1 shows an overall view of the multiple measuring system in a perspective representation, FIG. 2 is a plan view of the same with dashed lines showing the inner channels and Drilling, 3 shows the perspective illustration of an insulating body on a larger scale, Figures 4a and 4b are examples of sensors adapted to the measuring system and FIG. 4c shows a connection piece for the supply of the reference electrolyte.

Beschreibung der Erfindung Das in Fig. 1 und 2 dargestellte Mehrfachmeßsystem weist einen Rahmen 1 aus Metall auf, der aus zwei parallelen Balken 2 und 3 und zwei Stirnwänden 4 und 5 besteht. Die Stirnwände sind mit Schrauben 6 an den Balken 2 und 3 befestigt. Außerdem sind die Stirnwände mit Bohrungen 7 versehen, die als Zu- und Ableitungskanäle für das zu analysierende Strömungsmedium dienen. Ferner weist die eine Stirnwand 4 eine Bohrung 8 zum Einsetzen einer Spannschraube 9 auf. SchlieBlich sind an Ober- und Unterseite der Stirnplatten 4 und 5 Schraubenlöcher 10 angebracht, die zum Befestigen einer Grundplatte 11 und einer nicht dargestellten Deckplatte aus Metall dienen.Description of the Invention The multiple measurement system shown in Figs has a frame 1 made of metal, which consists of two parallel beams 2 and 3 and two end walls 4 and 5 consists. The end walls are attached to the beams with screws 6 2 and 3 attached. In addition, the end walls are provided with holes 7, which as Inlet and outlet channels are used for the flow medium to be analyzed. Further one end wall 4 has a bore 8 for inserting a clamping screw 9. Finally, there are 4 and 5 screw holes on the top and bottom of the faceplates 10 attached, for attaching a base plate 11 and a not shown Metal cover plate are used.

In den Balken 2 und 3 befinden sich in regelmäßigen Abständen Gewindebohrungen 12, in die jeweils wahlweise ein Stopfen (nicht dargestellt), ein Sensor 13 oder ein Anschluß stück 14 für den Bezugselektrolyten eingesetzt werden können. Sensoren und Anschlußstücke werden weiter unten näher beschreben.There are threaded holes at regular intervals in bars 2 and 3 12, in each of which either a plug (not shown), a sensor 13 or a connection piece 14 can be used for the reference electrolyte. Sensors and fittings are described in more detail below.

Im Zwischenraum zwischen den Balken 2 und 3 und den Stirnplatten 4 und 5 befindet sich eine Reihe gleichartig ausgebildeter Isolttrkörper 15, deren Anzahl derjenigen der Getindebohrungen 12 in einem seitlichen Balken entspricht. In denjenigen Stirnflächen der Isolierkörper 15, die den Balken 2 und 3 zugekehrt sind, sind Meßkammern 16 ausgebildet, die den Mitten der Gewindebohrungen 12 gegenüberliegen.In the space between the beams 2 and 3 and the end plates 4 and 5 there is a series of identically designed insulating bodies 15 whose Number corresponds to that of the screw holes 12 in a side bar. In those end faces of the insulating body 15 which the beams 2 and 3 facing are, measuring chambers 16 are formed which lie opposite the centers of the threaded bores 12.

Ein Isolierkörper, der beispielsweise aus Polyacrylglas besteht, ist in Fig. 3 in größerem Maßstab dargestellt. An den beiden gegenüberliegenden Stirnflächen 17 ist je eine Rinne 18 ausgefräst, in deren Mitte sich eine als Meßkammer 16 dienende Vertiefung befindet. Von den beiden Seitenflächen 19 des Isolierkörpers führen Kanäle 20 (Fig. 2) zu der Meßkammer 16, und zwar ist die Meßkammer 16 etwas flacher als die Kanäle 20. Die Austrittsöffnung 21 der Kanäle befinden sich in erhabenen Vorsprüngen 22 der Seitenflächen 19; die Oberflächen dieser Vorsprünge 22 sind als planparallele, die Austrittsöffnungen 21 umgebende Dichtflächen 23 ausgebildet.An insulating body, which consists for example of polyacrylic glass, is shown in Fig. 3 on a larger scale. On the two opposite faces 17 each has a groove 18 milled out, in the middle of which a measuring chamber 16 is used Recess is located. Channels lead from the two side surfaces 19 of the insulating body 20 (Fig. 2) to the measuring chamber 16, namely the measuring chamber 16 is somewhat shallower than the channels 20. The outlet opening 21 of the channels are located in raised projections 22 of the side surfaces 19; the surfaces of these projections 22 are as plane-parallel, the outlet openings 21 surrounding sealing surfaces 23 formed.

Wenn die parallelepipedischen Isolierkörper 15 in den Rahmen 1 eingesetzt sind, werden sie mittels der Spannschraube 9 zusammengepreßt, so daß die Dicht flächen 23 sich ohne zusätzliche Dichtungsmittel flüssigkeits- und gasdicht aneinanderlegen und eine ungehinderte Durchströmung der in einer Reihe liegenden Kette von Kanälen 20 und 25eßkar.u..ern 16 ermöglichen.Die Bohrungen 7 in den Stirnplatten 4 und 5 sind so anqebracht,daß sie mit den Kanälen 20 fluchten,so daß Zu-und Ableitungen 24 in die Kanäle 20 der äußersten Isolierkörper 15 eingeführt werden können.Die beiden Meßkammerreihen können mittels eines Verbindungsschlauches 25 hintereinandergeschaltet werden.Sie können aber auch getrennt und unabhängig verwendet oder zwecks Durchführung von Differentialmessungen parallelgeschaltet werden.When the parallelepipedic insulating body 15 is inserted into the frame 1 are, they are pressed together by means of the clamping screw 9, so that the sealing surfaces 23 lie against each other in a liquid-tight and gas-tight manner without any additional sealant and an unimpeded flow through the chain of channels lying in a row 20 and 25eßkar.u..ern 16. The holes 7 in the end plates 4 and 5 are attached so that they are flush with the channels 20, so that supply and discharge lines 24 can be introduced into the channels 20 of the outermost insulating body 15. The Both rows of measuring chambers can be connected in series by means of a connecting hose 25 However, they can also be used separately and independently or for the purpose of implementation of differential measurements can be connected in parallel.

Einige Beispiele für Einsatzkörper (Sensoren und Anschluß für den Bezugselektrolyt) sind in Fig.4 dargestellt.Alle Einsatzkörper besitzen ein Außengewinde 26, das in das Innengewinde der Gewindebohrungen 12 paßt. Ein Sechskant 27 ermöglicht den Ein- und Ausbau.Some examples of insert bodies (sensors and connection for the Reference electrolyte) are shown in Fig. 4. All insert bodies have an external thread 26, which fits into the internal thread of the threaded bores 12. A hexagon 27 allows installation and removal.

Ferner besitzt jeder Einsatzkörper eine ebene Stirnfläche 28, die durch Einschrauben des Einsatzkörpers dichtend an den Grund der Rinne 18 angedrtickt werden kann und so die Meßkammer 16 abschließt.Furthermore, each insert body has a flat end face 28 which by screwing in the insert body to form a seal against the bottom of the channel 18 can be and so the measuring chamber 16 closes.

Fig. 4a zeigt eine ionenselektive Elektrode 29 mit einem Anschlußkontakt 30, der über einen Draht 31 mit einer Platinelektrode 32 verbunden ist. Diese ist Von einem Acrylglasmantel 33 umgeben; an der Stirnseite der Platinelektrode befindet sich eine scheibenförmige Membran 34, in der sich ein ionenselektives Material befindet.4a shows an ion-selective electrode 29 with a connection contact 30, which is connected to a platinum electrode 32 via a wire 31. This is Surrounded by an acrylic glass jacket 33; on the face of the platinum electrode is a disk-shaped membrane 34 in which an ion-selective material is located.

Fig. 4b zeigt eine zur Messung des Sauerstoffpartialdrucks dienende Elektrode 35. Sie besitzt einen zweipoligen Anschluß; die Zuleitung ist an den Anschlußkontakt 36 und die Rückleitung an Masse gelegt. Die Zuleitung ist mit einem Platindraht 37 verbunden, der von einem Glasmantel 38 umgeben ist.Fig. 4b shows a serving for measuring the oxygen partial pressure Electrode 35. It has a two-pole connection; the lead is to the connection contact 36 and the return line to ground. The lead is with a platinum wire 37 connected, which is surrounded by a glass jacket 38.

Die Rückleitung führt zu einer Bezugselektrode 39, die zugleich den Ausfluß des Elektrolyten 40 verhindert. Eine aufgeschweißte gasdurchlässige PTFE-Membran 41 gestattet den Durchtritt des Sauerstoffs aus dem zu analysierenden Medium.The return line leads to a reference electrode 39, which is also the Outflow of the electrolyte 40 is prevented. A welded-on gas-permeable PTFE membrane 41 allows the passage of oxygen from the medium to be analyzed.

Fig. 4c zeigt ein Anschlußstück 14 für die Zuführung des Bezugselektrolyten. In einen Hohlkörper 42, an dem das Gewinde 26 ausgebildet ist, ist an der Stirnseite ein Stopfen 43 aus PTFE eingesetzt, der mit einer Mikrobohrung 44 versehen ist. Der Bezugselektrolyt 45 (KC1) kann über einen Anschlußstutzen 46 von einem Gefäß zugeleitet werden, in dem sich eine nicht dargestellte Bezugselektrode befindet. über die Mikrobohrung 44 steht der Bezugselektrolyt in Verbindung mit dem durch die angrenzende Meßkammer 16 strömenden Medium.Fig. 4c shows a connector 14 for the supply of the reference electrolyte. In a hollow body 42, on which the thread 26 is formed, is on the end face a stopper 43 made of PTFE, which is provided with a micro-bore 44, is used. The reference electrolyte 45 (KC1) can be taken from a vessel via a connecting piece 46 are fed, in which there is a reference electrode, not shown. The reference electrolyte is in communication with the through-hole via the micro-bore 44 the adjacent measuring chamber 16 flowing medium.

Es sind verschiedene Abwandlungen des dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiels möglich. So kann die Spannschraube 9 durch eine Druckfeder ersetzt werden und mittels eines weiteren Einsatzkörpers, der ähnlich wie der Anschluß 14 ausgebildet ist, können dem Analysenmedium Zusätze zur vorbereitenden Durchführung chemischer Reaktionen zugeführt werden.There are various modifications of what has been illustrated and described Embodiment possible. The clamping screw 9 can thus be actuated by a compression spring be replaced and by means of another insert body, which is similar to the connection 14 is designed, additives for preparatory implementation can be added to the analysis medium chemical reactions are fed.

Je nach der Führung der Zu- und Ableitungen 24 bzw. der Verbindungsleitung 25 können die beiden Meßkammerreihen getrennt, parallel oder hintereinander von dem Analysenmedium durchströmt werden. Die Isolierkörper 15 können nach Abnahme der Deckplatte einzeln herausgenommen und gereinigt bzw. ausgewechselt werden.Depending on the routing of the supply and discharge lines 24 or the connecting line 25 the two rows of measuring chambers can be separated, parallel or one behind the other are flowed through by the analysis medium. The insulating body 15 can after removal the cover plate can be individually removed and cleaned or replaced.

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Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Multiple measuring system for the electrochemical Analysis of flowing liquids and gases with several selectively sensitive sensors, the measuring chambers through which the fluid to be analyzed flows in succession adjoin, each measuring chamber as a recess in the surface of the insulating body is formed and running in the insulating body inlet and outlet channels in the measuring chamber open out, characterized in that the insulating body (15) at the outlet openings (21) of the inlet and outlet channels (20) parallel to one another, the outlet openings have ring-shaped surrounding sealing surfaces (23) and with an abutting seal surfaces are clamped together in a metal frame (1) with holes (12! For inserting the sensors (13), as well as supply and discharge lines (7) for the Fluid is provided.

2. Multiple measuring system according to claim 1, characterized in that the sealing surfaces (23) on projections (22) from the side walls (19) of the parallelepiped shaped insulating body (15) are formed.

3. Vehrfachmeßsystera according to claim 1 or 2, characterized in that that in each insulating body (15) the measuring chamber (16) as a recess on the flat bottom a channel (18) is formed in an end face (17).

4. Mehrfachmeßsystent according to any one of the preceding claims, characterized characterized in that each insulating body (15) has two opposite end faces (17) formed measuring chambers (16) with associated inlet and outlet channels (20) having.

5. Multiple measuring system according to one of the preceding claims, characterized by a clamping screw (9) which is inserted into an end plate (4) of the frame is and rests against a side surface (19) of the adjacent insulating body (15).

6. Multiple measuring system according to one of the preceding claims, characterized by base and cover plates (11) made of metal and fastened to the frame (1).

7. Multiple measuring system according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the bores (12) for the sensors (13) are threaded bores are trained.

8. Multiple measuring system according to claim 1, characterized in that each sensor (13) has a flat, the measuring chamber (16) has ring-shaped surrounding sealing surface (28).

9. Multiple measuring system according to claim 1, characterized by an in a sensor bore (12) of the frame (1) insertable connection piece (14) for the feed a reference electrolyte.