DE2652703A1 - Elektrode zur messung der nitrationenkonzentration - Google Patents
Elektrode zur messung der nitrationenkonzentrationInfo
- Publication number
- DE2652703A1 DE2652703A1 DE19762652703 DE2652703A DE2652703A1 DE 2652703 A1 DE2652703 A1 DE 2652703A1 DE 19762652703 DE19762652703 DE 19762652703 DE 2652703 A DE2652703 A DE 2652703A DE 2652703 A1 DE2652703 A1 DE 2652703A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- nitrate
- electrode
- membrane
- solvent
- ammonium salt
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Ceased
Links
- 238000006396 nitration reaction Methods 0.000 title description 5
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 43
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 33
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 claims description 22
- 239000011263 electroactive material Substances 0.000 claims description 20
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 19
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 claims description 13
- 229920000915 polyvinyl chloride Polymers 0.000 claims description 13
- DOIRQSBPFJWKBE-UHFFFAOYSA-N dibutyl phthalate Chemical group CCCCOC(=O)C1=CC=CC=C1C(=O)OCCCC DOIRQSBPFJWKBE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 9
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 9
- 229920005597 polymer membrane Polymers 0.000 claims description 9
- 150000003242 quaternary ammonium salts Chemical class 0.000 claims description 7
- AHQMUYHFUYRUJV-UHFFFAOYSA-N tetradodecylazanium;nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O.CCCCCCCCCCCC[N+](CCCCCCCCCCCC)(CCCCCCCCCCCC)CCCCCCCCCCCC AHQMUYHFUYRUJV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- MJHKPBXGJMKYAY-UHFFFAOYSA-N tetraoctylazanium;nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O.CCCCCCCC[N+](CCCCCCCC)(CCCCCCCC)CCCCCCCC MJHKPBXGJMKYAY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- -1 nitrate ions Chemical class 0.000 claims description 4
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 3
- FXDQGGFFPJYCQD-UHFFFAOYSA-N [N+](=O)([O-])[O-].C(CCCCCCCC)[N+](CCCCCCCCC)(CCCCCCCCC)CCCCCCCCC Chemical compound [N+](=O)([O-])[O-].C(CCCCCCCC)[N+](CCCCCCCCC)(CCCCCCCCC)CCCCCCCCC FXDQGGFFPJYCQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- WWAMPCDOEUETIP-UHFFFAOYSA-N tetra(undecyl)azanium;nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O.CCCCCCCCCCC[N+](CCCCCCCCCCC)(CCCCCCCCCCC)CCCCCCCCCCC WWAMPCDOEUETIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- DCSGYALTMAKEII-UHFFFAOYSA-O tetradecylazanium;nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O.CCCCCCCCCCCCCC[NH3+] DCSGYALTMAKEII-UHFFFAOYSA-O 0.000 claims description 2
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 claims 2
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 claims 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims 2
- WNLRTRBMVRJNCN-UHFFFAOYSA-L adipate(2-) Chemical compound [O-]C(=O)CCCCC([O-])=O WNLRTRBMVRJNCN-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims 1
- 150000003863 ammonium salts Chemical class 0.000 claims 1
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 claims 1
- XNGIFLGASWRNHJ-UHFFFAOYSA-L phthalate(2-) Chemical compound [O-]C(=O)C1=CC=CC=C1C([O-])=O XNGIFLGASWRNHJ-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 13
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 11
- 229940006477 nitrate ion Drugs 0.000 description 11
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 10
- VWDWKYIASSYTQR-UHFFFAOYSA-N sodium nitrate Chemical compound [Na+].[O-][N+]([O-])=O VWDWKYIASSYTQR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 description 9
- WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N Tetrahydrofuran Chemical compound C1CCOC1 WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical group [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 235000010344 sodium nitrate Nutrition 0.000 description 5
- 239000004317 sodium nitrate Substances 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 150000003856 quaternary ammonium compounds Chemical class 0.000 description 4
- YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N tetrahydrofuran Natural products C=1C=COC=1 YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000011088 calibration curve Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 150000002823 nitrates Chemical class 0.000 description 3
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 3
- 239000012088 reference solution Substances 0.000 description 3
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 3
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- PAWQVTBBRAZDMG-UHFFFAOYSA-N 2-(3-bromo-2-fluorophenyl)acetic acid Chemical compound OC(=O)CC1=CC=CC(Br)=C1F PAWQVTBBRAZDMG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920005372 Plexiglas® Polymers 0.000 description 2
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 2
- 239000008346 aqueous phase Substances 0.000 description 2
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- ZOMNIUBKTOKEHS-UHFFFAOYSA-L dimercury dichloride Chemical class Cl[Hg][Hg]Cl ZOMNIUBKTOKEHS-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 238000002386 leaching Methods 0.000 description 2
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 2
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 239000012488 sample solution Substances 0.000 description 2
- PUZPDOWCWNUUKD-UHFFFAOYSA-M sodium fluoride Chemical compound [F-].[Na+] PUZPDOWCWNUUKD-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 229910021607 Silver chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003868 ammonium compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 150000003842 bromide salts Chemical class 0.000 description 1
- 229940075397 calomel Drugs 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 230000001143 conditioned effect Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 1
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 1
- 238000003411 electrode reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 1
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 1
- 125000001421 myristyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002572 peristaltic effect Effects 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M silver monochloride Chemical compound [Cl-].[Ag+] HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- 235000013024 sodium fluoride Nutrition 0.000 description 1
- 239000011775 sodium fluoride Substances 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000012086 standard solution Substances 0.000 description 1
- 125000001424 substituent group Chemical group 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009897 systematic effect Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/28—Electrolytic cell components
- G01N27/30—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
- G01N27/333—Ion-selective electrodes or membranes
- G01N27/3335—Ion-selective electrodes or membranes the membrane containing at least one organic component
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Description
28 723 n/wa
BIFOK AB, SOLLENTUNA / SCHWEDEN
Elektrode zur Messung der Nitrationenkonzentration
Die Erfindung betrifft eine Elektrode zur Messung der Nitrationenkonzentration.
Sie betrifft insbesondere die Konstruktion und Verwendung einer Membran, die ein quarternäres Ammoniumsalz,
aufgelöst in einem Lösungsmittel und in einem nicht porösen Membranmatrixmaterial, enthält, welches beim Einschluss
in einem Behältnis und bei Ausstattung,mit einem inneren Bezugssystem die Erzeugung einer nitrationenselektiven
Elektrode erlaubt.
In Verbindung mit der Untersuchung von beispielsweise dem
709821/0774
Stickstoffgleichgewicht in Bodensystemen, Pflanzen und Gewässern,
ist eindringender Bedarf nach einer empfindlichen
und selektiven Methodik zur Bestimmung von Nitrat aufgetreten.
Während der letzten Jahre sind Elektroden zur Bestimmung
von sowohl Kationen, wie beispielsweise H , Na und Ca ,
sowie Anionen, wie beispielsweise Cl , Br und J~ hergestellt worden. Bei Messungen mit ionenselektiven Elektroden ist es
erforderlich, neben der Sensorelektrode auch eine Bezugselektrode zu verwenden, die ein Potential aufweist, das von der
Zusammensetzung der wässrigen Lösung, in der die Messungen bewirkt werden, als unabhängig angesehen werden kann, so dass
das gemessene Potential direkt auf die Ionenspezies, gegenüber denen die angewandte ionenselektive Elektrode empfindlich
ist, bezogen werden kann.
Bei Verwendung eines Elektrodenpaares, bei dem angenommen wird, dass die ionenselektive Elektrode gegenüber dem Ion A
empfindlich ist, ist die Beziehung zwischen dem gemessenen Potential E und der Aktivität von A,a durch die bekannte
Nernst-Gleichung
E = E° + 2,303 RT/ζ F · log a
vorgegeben, worin E° eine Konstante darstellt und zA die Ladung
des Ions mit seiner Bezeichnung bedeutet, während die anderen Symbole Bedeutungen darstellen, die allgemein verwendet
werden. Da die Aktivität von A und die Konzentration von A, c- durch den Aktxvitätskoeffizienten fA verbunden sind,
709821/0774
können die Bedeutungen von E und cÄ miteinander durch
die Bedeutung von fA in Beziehung gebracht werden, d.h.
dadurch, dass man die Ionenstärke in der einzelnen Messreihe konstant hält. Die Konzentration von A in einer vorgegebenen,
unbekannten Lösung, kann daher auf Grundlage eines Kalibrierungsdiagrairanes bestimmt werden, worin E
in Beziehung zu log c gezeigt ist.
Eine ionenselektive Elektrode ist im allgemeinen als eine Röhre aufgebaut, worin die innere Bezugselektrode in die
Bezugslösung (Flüssigkeit oder Feststoff) eingetaucht ist, die eine bestimmte Aktivität der Ionenspezies, gegenüber der
die Elektrode empfindlich ist (und möglicherweise festgelegte Aktivitäten anderer chemischer Verbindungen) enthält,
wobei die Röhre an ihrem unteren Ende durch eine Membran geschlossen ist, die das elektroaktive Material aufweist, und
worin die Zusammensetzung des Materials die Grundlage darstellt, auf der die Selektivität der Elektrode gegenüber einem vorgegebenen
Ionenspezies bestimmt wird.
In Abhängigkeit von den physikalischen Eigenschaften des elektroaktiven Materials wird diese als "Festelektrode" oder
"Flüssigelektrode" bezeichnet ("solid state" or "liquid state" electrode).
Die in diesem Zusammenhang zur Herstellung der nitrationenselektiven
Elektroden erwähnten elektroaktiven Materialien werden zur Einbringung in Flüssigelektroden bzw. Elektroden
der Flüssigzustandskategorie berechnet und ausschliesslieh
hierfür verwendet, was auch für alle früher angegebenen elektroaktiven Materialien ' für nitrationselektiven Elektroden
709821/0774
der Fall ist. Die Flüssigelektroden können in zwei Typen in Abhängigkeit davon eingeteilt werden, ob poröse oder
nicht poröse Membranen Anwendung finden. Im ersten Fall wird das elektroaktive Material (unter Einschluss eines möglichen
Lösungsmittels) in ein poröses Material (vgl. beispielsweise GB-PS 1 197 264) eingebracht. Im anderen Fall
ist dagegen das elektroaktive Material (möglicherweise zusammen mit einem Lösungsmittel) in ein nicht poröses Polymermembranmatrixmaterial
eingeschlossen, beispielsweise PVC (Polyvinylchlorid), (vgl. beispielsweise J.E.W. Davies,
G.J. Moody und J.D.R. Thomas, Analyst, 9Ί_, (1972) 87-94).
Von diesen beiden Methoden der Membrarizusammensetzung stellt die Einbringung in PVC die geeignetste und vorteilhafteste
dar, da die Anwendung eines porösen Materials zur Herstellung der Membranen im Hinblick auf die Gewährleistung der elektrochemischen
Schaltung eine kontinuierliche Laugung des elektroaktiven
Materials aus der Membran in die Lösungsproben verlangt (vgl. beispielsweise die genannte GB-PS 1 197 264).
Bei Verwendung einerMembran oder einer nicht porösen PVC-Basis ist dies nicht nur . notwendig sondern auch irrelevant
.
Bei der Herstellung von nitrationenselektiven Elektroden sind beide dieser Membranherstellungsmethodiken angewandt
worden, wenngleich die in den Membranen auf PVC-Grundlage verwandten elektroaktiven Materialien diejenigen darstellten,die
früher für die Herstellung poröser Membranen verwendet wurden. Nitrationenselektive Elektroden auf Grundlage
der zuletzt erwähnten Methodik sind in den üS-PSen 3 483 112 und 3 671 413 beschrieben, wenngleich sich diese
709821/0774
beiden Elektroden in der Praxis als nachteilig erwiesen haben, da festgestellt worden ist, dass die gemessenen Elektropotentiale
in Abhängigkeit von der Zeit stark schwankend waren und häufig einer Systematik in ihrem Verhalten ermangelten.
Dies kann der Tatsache zugeschrieben werden, dass eine Auswaschung des elektroaktiven Materials aus der Membran
erfolgt. Abgesehen von der Tatsache, dass ein Potential hoher Variabilität von der Zeit erhalten wird, führt die Herauswaschung
auch dazu, dass die Elektrode ihre Fähigkeit, als nitrationenselektive Elektrode zu dienen, einbüsst (vgl.
beispielsweise die vorstehend angeführte Druckschrift von J.E.W. Davies et al, Analyst, ΪΓ7 (1972), 87-94).
Wie alle anderen ionenselektiven Elektroden sind die nitrationenselektiven
Elektroden mehr oder weniger durch andere Ionenspezies beeinflusst (vgl. die vorstehend angeführte
Nernst-Gleichung) und hierbei insbesondere durch andere Anionen. Da diese Störungen häufig jedoch auf verschiedenartige
Weise vernachlässigt oder maskiert werden können, ist der praktische Einsatz der bisher entwickelten nitrationenselektiven
Elektroden primär durch die fehlerhaften Schwankungen des E°-Wertes eingeschränkt worden, die dem elektroaktiven
Material der Membran zugeschrieben werden. Es hat daher bei der Herstellung nitrationenselektiver Elektroden, die hier
beschrieben werden, die Aufgabe zur Herstellung einerMembran bestanden, deren Charakteristiken die Produktion von Elektroden
erlauben, die zeitlich stabile Elektrodenpotentiale aufweisen, d.h. die bei Gebrauch E°-Werte anzeigen, die
zeitkonstant sind.
Der Erfindung liegt weiter die Aufgabe zugrunde, dass die
709821/0774
-β- 3
Elektroden, abgesehen davon, dass sie alle Selektivitätsparameter beibehalten, die mit den bislang beschriebenen
nitrationenselektiven Elektroden verträglich .sind, eine Absenkung der unteren Grenze der Empfindlichkeit gestatten,
wodurch sich eine Erweiterung des dynamischen Messbereiches im Vergleich zu den früher beschriebenen nitrationenselektiven
Elektroden ergibt.
Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 Kalibrierungskurven für Elektroden gemäss der
Erfindung,
Fig. 2 pH-Potentialdiagramme für eine Elektrode gemäss der Erfindung bei unterschiedlichen Nitrationen-Versuchskonzentrationen
, und
Fig. 3 die Elektrodensignale, die bei Injizierung von NaNO3-Lösungen unterschiedlicher Konzentrationen
erhalten werden.
Die untere Grenze der Empfindlichkeit einer Flüssigelektrode ist von dem Verteilungskoeffizienten des elektroaktiven Materials
zwischen der Membranphase und der wässrigen Versuchsphase abhängig, in der der Verteilungskoeffizient für die
quarternären Ammoniumverbindungen, die hier erwähnt werden, identisch mit dem Verteilungsverhältnis, mit Ausnahme bei
äusserst hohen pH-Werten, ist. Nimmt man an, dass keine
70982 1 /0774
/ο
komplexbildenden Spezies in der Mebran vorliegen, kann
durch thermodynamische Berechnungen gezeigt werden, dass
der Verteilungskoeffizient K zwischen der Membranphase und der wässrigen Phase durch die folgende Formel
-RT - 1nK = VeVm - ((de - dm)2 - (de - daq)2)
ausgedrückt werden kann, worin V das Volumenverhältnis, d
3 1 /2
den Löslichkeitsparameter, gemessen in (cal/cm ) ' darstellt
und der Index e sich auf das elektroaktive Material bezieht, der Index m dem Membranmaterial (d.h. dem PoIyme^nembranmatrixmaterial
und ggf. dem Lösungsmittel) und der Index aq der wässrigen Phase zukommt. Daher muss zum
Erhalt eines höchstmöglichen K-Wertes der Unterschied (d - d ) so klein als möglich sein, vorzugsweise gleich
Null, während die Differenz (d - d ) so gross als möglich
© ciC[
sein sollte. Da die zur Herstellung der Membranen am meisten geeigneten Polymermembranmatrixmaterialien einen d-Wert von
etwa 9,5 aufweisen, werden die optimalen Verteilungsbedingungen somit (vgl. obige Gleichung) bei der Herstellung
der ionenselektiven Elektrodenmembranen durch Verwendung elektroaktiver Materialien sowie von Lösungsmitteln erhalten,
die jeweils d-Werte besitzen, dieso nahe als möglich
an 9,5 herankommen. Da der d-Wert für die hier angeführten elektroaktiven Materialien, wobei die Materialien aus
symmetrischen quarternären Ammoniumverbindungen R-N bestehen,
worin R einen organischen Substituenten, normalerweise einen aliphatischen Kohlenstoffrest, darstellt, eine
Funktion der Zahl der Kohlenstoffatome in der R-Kette darstellt,
kann gezeigt werden, dass das Verteilungsverhältnis K (welches lediglich für Ketten, die mehr als 5 Kohlenstoffatome
enthalten grosser als 1 ist) für eine Kohlenstoffkette
709821 /0774
die · so lang als möglich ausgebildet ist, optimal wird.
Da die Selektivitätsbedingungen jedoch praktisch von der Länge der Kohlenstoffketten unabhängig sind, bestimmen diese
in der Praxis die Obergrenze der Länge der Kohlenstoffketten, wobei durch die Absenkung der Nitrationenerfassungsgrenze
per se nichts erreicht wird, wenn dies wegen störender Spezies nie erreicht werden kann. Bei der Herstellung von
reinen quarternären Ammoniumverbindungen wird die Synthesearbeit mit zunehmender Kohlenstoffkette auch unproportional
schwieriger bzw. aufwendiger. Bei der Herstellung der hier beschriebenen Membranen wurde festgestellt, dass es
in der Praxis weder vorteilhaft noch geeignet ist, quarternäre Ammoniumverbindungen mit längeren Kohlenstoffketten als
Tetradecyl zu verwenden.
In Konsequenz sind die folgenden elektroaktiven Materialien in reiner Form erzeugt und in die Membranen zur Anwendung
in der Zusammensetzung von nitratselektiven Elektroden eingebracht worden: Tetraoctylammoniumnitrat, Tetranonylammoniumnitrat,
Tetradecylammoniumnitrat, Tetraundecylammoniumnitrat, Tetradodecylammoniumnitrat, Tetratridecylammoniumnitrat
und Tetratetradecy!ammoniumnitrat.
Die in diesem Zusammenhang angesprochenen Membranen wurden nach den Methodiken hergestellt, die früher durch J. Ruzicka,
et al (J. Ruzicka, E.H. Hansen und J. Chr. Tjell, Anal. Chim. Acta, 6J_ (1973), 155-178) beschrieben worden sind,
wobei 75 mg PVC-Pulver, 180 mg Lösungsmittel für PVC und 10 mg der vorstehend erwähnten quarternären Ammoniumnitratverbindungen
in 5 ml Tetrahydrofuran aufgelöst wurden.
709821/0774
Diese Lösung wurde zum Guss einer Mustermembran verwendet, wobei die Lösung in einen 26 mm Glasring, der auf einer
Glasplatte angeordnet war, gegossen wurde, wonach das Tetrahydrofuran langsam verdampfen gelassen wurde. Wenn
nach etwa 24 Stunden die Membran trocken erschien, wurde sie umgedreht, so dass das möglicherweise an der Unterseite
verbliebene Tetrahydrofuran verdampfen konnte. Durch diese Methodik wurde eine 0,3 mm dicke Membran erhalten,
aus der fünf bis sechs Membranen jeweils mit einem Durchmesser von 6 mm herausgeschnitten werden konnten.
Durch eine 4 %-ige PVC-Lösung in Tetrahydrofuran wurden diese Membranen dann zu einem Hohlzylinder verleimt (das
Elektrodenelement einer Länge von 110 mm und eines inneren Durchmessers von 7 mm, vorproduziert aus entweder PVC oder
Plexiglas), wonach etwa 3 ml der inneren Bezugslösung in den inneren Raum des Zylinders gegossen wurden, wobei die
Bezugslösung aus einem Gemisch von 0,01 m Natriumchlorid und 0,01 m Natriumnitrat bestand. Schliesslich wurde eine
Bezugselektrode aus Ag/AgCl in die Lösung eingetaucht, wobei die Elektrode. einen Gewindekopf, der in
ein Gewinde im vorderen Teil des Elektrodenelementes passt, aufweist. Die derart zusammengestellte nitrationenselektive
Elektrode war sodann einsatzbereit, wenngleich festgestellt wurde, dass es zum Erhalt optimaler Elektrodeneigenschaften
günstig war, die Elektroden dadurch zu konditionieren, dass man sie während etwa 24 Stunden in einer 0,1 m Natriumnitratlösung
anordnete.
709821/077A
Anwendung nitrationenselektiver Elektroden mit Membranen unter Einschluss von Tetraoctylammoniumnitrat, Tetradodecylammoniumnitrat
und Tetratetradecylammoniumnitrat, jeweils in PVC mit Dibutylphthalat als Lösungsmittel zur Bestimmung
der Kalibrierungsdiagramme und zur Bestimmung der Selektivitätskoeffizienten kjgoofX dieser Elektroden zusammen mit
der Anwendung der festgelegten Interferenzmethodik.
Jede Elektrode wurde durch Messung des gleichen Gewichtspotentials kalibriert (gegenüber einer gesättigten Calomel-Elektrode,
SCE), worin das mit einem Potentiometer verbundene Elektrodenpaar sukzessive in eine Folge von 50 ml-Standardlösungen
von Natriumnitrat (Konzentrationsbereich von 10 bis 10 m) eingetaucht wurde, die nach der herkömmlichen
Verdünnungstechnik hergestellt worden waren. Der pH-Wert in allen Lösungen betrug etwa 7. In jedem Fall stellte
sich das Gleichgewichtspotential selbst innerhalb einiger weniger Sekunden ein. Die erhaltenen Kalibrierungsproben
sind in Fig. 1 gezeigt, worin die E°-Werte der drei Nitratelektroden, wie erwartet, nicht genau gleich waren, aus grafis.ch.en
Gründen :e.ber auf den gleichen E°-Wert eingestellt wurden. Aus Fig. 1 ist ersichtlich, dass die untere Nitrationenempfindlichkeitsgrenze
mit zunehmender Länge der Kohlenstoff kette von R abnimmt (cf. dem Ausdruck für den Verteilungskoeffizienten
k, wie er auf Seite 7 angegeben ist). Der Grund, weshalb die Sukzessionsfolge zwischen den Elektroden,
die mit Tetradodecylammoniumnitrat und Tetratetradecylammoniumnitrat jeweils hergestellt wurden, umgekehrt
- 10 -
709821/0774
fit
zu sein scheint, gegenüber dem der auf Grundlage des Verteilungskoeffizienten
postuliert wird, besteht darin, dass es unmöglich war, trotz grosser Anstrengungen absolut reines
Tetratetradecylammoniumnitrat herzustellen. Dies wurde weiter durch die pH-Potentialkurven bestätigt, die für die
separaten einzelnen Elektroden aufgestellt wurden, von denen ein Beispiel in Fig. 2 gezeigt ist, d.h. für die Elektrode
unter Verwendung einer Membran, die Tetraoctylammoniumnitrat als elektroaktives Material umfasst, worin das Potential der
Nitratelektrode (gegenüber SCE) als eine Funktion des pH-Wertes für Nitrationenprobenkonzentrationen innerhalb des
— 1 —6
Bereiches von 10 bis 10 m gezeigt ist.
Bereiches von 10 bis 10 m gezeigt ist.
Der Selektivitätskoeffizient kN03»x wurde durch die feste
Bezugsmethodik gemessen, die durch IUPAC empfohlen ist (vgl. IUPAC, Informations Bulletin, Appendices on Provisional
Nomenclature, Symbols, Units and Standards, Nr. 43, Januar 1975), wobei in jedem Fall eine festgelegte Störungs-
bzw. Interferenzkonzentration der Spezies X von 1O m angewandt
wurde. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Fig. 1 wiedergegeben, worin die unterschiedlichen kNo3fx~Werte,
wo k, „ durch die erweiterte Nernst-Gleichung
Em = E° + 2,303 RT/zAF · log (aA + k^-a/A^Bj
definiert XSt7 durch Extrapolation der geradlinigen
Teile der Interferenzkurve für X auf dem Abschnitt mit der Nitrationenkalibrierungskurve ermittelt wurden. Somit ergibt sich
—2 35 aus Fig. 1 sofort, dass kNQ3,ci = ^0 ' ' während der Wert
von kwn-wKrn-, 10 ' darstellt.
- 11 -
709821/0774
Die gemessenen Selektivitätskoeffizienten sind wie erwartet,
praktisch von der Länge der Kohlenstoffketten in dem quarternären Ammoniumsalζ unabhängig, das als elektroaktives Material
dient.
Die Verwendung von nitrationenselektiven Elektroden, die mit einer Membran ausgestattet sind, die Tetraocty!ammoniumnitrat
in PVC mit Dibutylphthalat als Lösungsmittel umfasst
in einem kontinuierlichen Fliessystem.
In diesem Fall wurde die Nitratelektrode zusammen mit einer Calomel-Bezugselektrode in das Fliessystem, das durch
Hansen und Ruzicka (vgl. US-Patentanmeldung Nr. 613 275,
angemeldet am 15. September 1975) beschrieben ist, eingebracht, worin die· tatsächliche Versuchsform aus einer
peristaltischen Pumpe, ausgestattet mit einem Schlauch, bestand, wodurch eine Lösung eines Trägerelektrolytes, der
aus 10 m-Natriumfluorid (Trägerlösung) bestand mit einer
Geschwindigkeit von 9,3 ml/Min. gepumpt wurde, wobei der Schlauch hiernach mit einem System von Polyäthylenschläuchen
(innerer Durchmesser 1,0 mm)unter Einschluss einer Injektionseinheit,
verbunden ist, wobei durch dieses System die Probelösung eines Nitratsalzes mittels einer 1,0 ml
Spritze eingeführt werden konnte, wonach eine 1 m Mischschlange folgt, aus der der wässrige Fluss sodann durch
einen Einlass in eine Messzelle, die die beiden Elektroden enthält, und durch einen Auslass der Zelle zu einem Auslass
709821/0774
geführt wurde. Die Messzelle bestand aus einem geneigten Plexiglasbehälter, in dem eine konstante Flüssigkeitshöhe
durch die Anordnung der Einlasse und Auslässe aufrechterhalten werden konnte.
Solange die reine Trägerelektrolytlösung durch das System gepumpt wurde, wurde ein konstantes Potential registriert,
welches durch den kjgo3 F ""Wert bestimmt wurde, sobald jedoch
eine wässrige Nitratprobenlösung (Probenvolumen 0,2 ml) durch die Injektionseinheit eingeführt wurde, wurde dieses
durch das Elektrodenpaar der Messzelle über ein Potentiometer und ein Aufzeichnungsgerät registriert, welches anzeigte,
dass die Elektrodenreaktion, die in Form eines Peaks empfangen wurde, dem Logarhitmus der Konzentration der einge
führten Nitratlösung proportional war. Auf diese Weise wurde die Nitratelektrode durch Injektion der Natriumnitrat-
-5 -4
lösungen im Konzentrationsbereich von 10 bis 3 · 10 m
kalibriert. Die Ergebnisse sind in Fig. 3 angegeben. Die Kalibrierungskurve, die auf deren Grundlage innerhalb des
Messbereiches konstruiert werden konnte, ist praktisch mit der in Fig. 1 gezeigten identisch, wodurch gezeigt
ist, dass bei Anwendung unter den angegebenen Bedingungen die Elektrode nicht nur ihr Gleichgewichtspotential innerhalb
eines sehr kurzen Zeitraums erreicht, sondern auch als Ergebnis ihrer kurzen Reaktionszeit den Einsatz von Elektroden
mit Membranen erlaubt, die in den Systemen beschrieben sind, die in der vorstehend angeführten US-Patentanmeldung
Nr. 613 275 definiert sind, wodurch nicht nur eine bisher für diesen Elektrodentypus unerreichte Reproduzierbarkeit,
sondern auch eine ungewöhnlich kurze Reaktionszeit angezeigt ist.
709821/0774
- jw- -
Schliesslich wird darauf hingewiesen, dass bei der Herstellung
der Membranen, die quarternäre Ammoniumsalze umfassen, wie dies hier beschrieben worden ist, es nicht
wesentlich ist, von den Nitratsalzen der betroffenen Ammoniumverbindungen auszugehen, sondern es können zunächst beispielsweise
auch die Bromidsalze der Verbindungen incorporiert werden, unter der Voraussetzung, dass diese Membranen
hiernach in vernünftiger Weise während etwa 24 Stunden in einer 10 m wässrigen Lösung von Natriumnitrat konditioniert
werden, wodurch das elektroaktive Material trotzdem in das entsprechende Nitratsalz infolge Ionenaustausches
umgewandelt wird.
Wenngleich einige typische Ausführungsformen und Anwendungen
der Erfindung vorstehend beschrieben und in den beigefügten Zeichnungen veranschaulxcht worden sind, kann
die Erfindung im Hinblick auf Zusammensetzung, Material und Bereich des Einsatzes im Rahmen der Ansprüche verändert
werden.
- 14 -
709821/077A
Leerseite
Claims (7)
1. Elektrode zur Messung der Konzentration von Nitrationen
in wässrigen Lösungen, wobei die Elektrode aus einem Behälter, der ein internes Bezugssystem umfasst,
und einer nicht porösen Polymermembran besteht, die auf dem Behälter aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet , dass die Membran aus einer Kombination
eines elektroaktiven Materials, einem Lösungsmittel und einem nicht porösen Polymermembranmatrixmaterial
besteht, wobei das elektroaktive Material eine organische Nitrationensensorphase darstellt, die
ein quarternäres Ammoniumsalz umfasst, das unter Tetraoctylammoniumnitrat,
Tetranonylammoniumnitrat, Tetradecylammoniumnitrat, Tetraundecylammoniumnitrat, Tetradodecylammoniumnitrat,
Tetratridecylammoniumnitrat und Tetratetradecylammoniumnitrat ausgewählt ist, und
worin das Lösungsmittel eine Flüssigkeit von erheblicher Viskosität darstellt, welches als Lösungsmittel
für das quarternäre Ammoniumsalz dient, wobei das Lösungsmittel aus eihariDialkylphthalat oder einem Dialkyladipat
3 1 /2 eines Löslichkeitsparameters von 9+2 (cal/cm ) '
besteht und worin das Lösungsmittel zusätzlich im wesentlichen organophil und hydrophob ist und worin das Polymermembranmatrixmaterial
ein nicht poröses Polymermembranmatrixmaterial, wie Polyvinylchlorid oder Polyurethan
darstellt.
2. Elektrode, die mit einer Membran ausgerüstet ist, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass
das Lösungsmittel Dibutylphthalat darstellt.
709821/0774 " 15 "
ORIGINAL INSPECTED
2852703
3. Elektrode, die mit einer Membran ausgerüstet ist, nach
Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die Nitratxonensensorphase, die aus einem guarternären
Ammoniumsalz zusammengesetzt ist, aus Tetraoctylammoniumnitrat besteht und dass das Lösungsmittel Dibutylphthalat
darstellt.
4. Elektrode, ausgerüstet mit einer Membran, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die Nitratxonensensorphase,
die aus einem quarternären Ammoniumsalz zusammengesetzt ist, aus Tetradodecylammoniumnitrat
besteht und dass das Lösungsmittel Dibutylphthalat darstellt.
5. Elektrode, die mit einer Membran ausgerüstet ist, nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , dass die Konzentration des quarternären
Ammoniumsalzes in dem Lösungsmittel etwa 5 % (w/w) beträgt.
6. Elektrode, die mit einer Membran ausgerüstet ist, nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , dass das nicht poröse Polymermembranmatrixmaterial
Polyvinylchlorid darstellt, welches daher in Membranzubereitungen immer unter gleichzeitiger
Lösungsmittelzufügung verwendet wird.
7. Elektrode, ausgerüstet mit einer Membran, nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
dass das nicht poröse Polymermembranmatrixmaterial
- 16 -
709821/0774
Polyurethan darstellt, das für Membranzubereitungen mit oder ohne gleichzeitige Lösungsmittelzufügung verwendet
wird.
709821/0774
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DK521775A DK521775A (da) | 1975-11-20 | 1975-11-20 | Nitration-selektiv elektrode |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2652703A1 true DE2652703A1 (de) | 1977-05-26 |
Family
ID=8140535
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19762652703 Ceased DE2652703A1 (de) | 1975-11-20 | 1976-11-19 | Elektrode zur messung der nitrationenkonzentration |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4059499A (de) |
DE (1) | DE2652703A1 (de) |
DK (1) | DK521775A (de) |
GB (1) | GB1565988A (de) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0115346A1 (de) * | 1983-01-28 | 1984-08-08 | Hitachi, Ltd. | Anionenselektive Elektrode des Flüssigkeitsfilmtyps |
DE3729287A1 (de) * | 1987-09-02 | 1989-03-23 | Draegerwerk Ag | Elektrochemische messzelle mit einem sauren elektrolyten |
EP0451576A2 (de) * | 1990-04-09 | 1991-10-16 | Leopold Siegrist Gmbh | Nitratselektive Membran |
DE4226630A1 (de) * | 1992-04-10 | 1993-10-14 | Deutsche Aerospace | Verfahren und Vorrichtung zur Verlängerung der Einsatzdauer und Verminderung der Temperaturabhängigkeit ionenselektiver Kunststoffmembran-Elektroden |
Families Citing this family (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4798803A (en) * | 1985-07-10 | 1989-01-17 | The Dow Chemical Company | Method for titration flow injection analysis |
JP2516450B2 (ja) * | 1990-04-02 | 1996-07-24 | 株式会社堀場製作所 | イオン測定用シ―ト型電極 |
SE509036C2 (sv) * | 1993-06-29 | 1998-11-30 | Foss Tecator Ab | Förfarande för mätning av kemiska och fysikaliska parametrar för att karakterisera och klassificera vattensuspensioner |
US5976888A (en) * | 1998-12-07 | 1999-11-02 | Biochem Technology, Inc. | Method for measuring NOx in biochemical processes |
US6793787B1 (en) | 2002-03-15 | 2004-09-21 | Orion Research, Inc. | Ion-selective electrode |
US8368529B1 (en) * | 2009-02-03 | 2013-02-05 | Green Badge, LLC | Antenna circuit matching the soil conditions |
ES2864693T3 (es) | 2013-09-18 | 2021-10-14 | Climate Corp | Procedimiento para fijar un material de membrana a la puerta de un transistor de efecto campo basado en un receptor molecular (CHEMFET) |
CN104897731B (zh) * | 2015-06-17 | 2018-01-23 | 江苏大学 | 一种便携式植物营养水平的检测装置 |
US10761206B2 (en) * | 2018-10-08 | 2020-09-01 | Microsoft Technology Licensing, Llc | Soil measurement system using wireless signals |
US20220326171A1 (en) * | 2019-09-13 | 2022-10-13 | University Of Florida Research Foundation, Inc. | COMBINED ELECTROCHEMICAL PHOSPHATE/pH SENSORS AND SYSTEMS |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3483112A (en) * | 1968-02-23 | 1969-12-09 | Orion Research | Anion sensitive electrode |
US3671413A (en) * | 1971-01-18 | 1972-06-20 | Corning Glass Works | Nitrate ion sensitive electrode |
-
1975
- 1975-11-20 DK DK521775A patent/DK521775A/da not_active Application Discontinuation
-
1976
- 1976-11-19 DE DE19762652703 patent/DE2652703A1/de not_active Ceased
- 1976-11-19 US US05/743,389 patent/US4059499A/en not_active Expired - Lifetime
- 1976-11-19 GB GB48469/76A patent/GB1565988A/en not_active Expired
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3483112A (en) * | 1968-02-23 | 1969-12-09 | Orion Research | Anion sensitive electrode |
US3671413A (en) * | 1971-01-18 | 1972-06-20 | Corning Glass Works | Nitrate ion sensitive electrode |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Karl Cammann, Das Arbeiten mit ionenselektiven Elektroden, Kapitel 3.3.4, Kapitel 3.4, S. 215, 1977, Springer-Verlag * |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0115346A1 (de) * | 1983-01-28 | 1984-08-08 | Hitachi, Ltd. | Anionenselektive Elektrode des Flüssigkeitsfilmtyps |
DE3729287A1 (de) * | 1987-09-02 | 1989-03-23 | Draegerwerk Ag | Elektrochemische messzelle mit einem sauren elektrolyten |
EP0451576A2 (de) * | 1990-04-09 | 1991-10-16 | Leopold Siegrist Gmbh | Nitratselektive Membran |
EP0451576A3 (en) * | 1990-04-09 | 1991-12-11 | Leopold Siegrist Gmbh | Nitrate slective membrane |
DE4226630A1 (de) * | 1992-04-10 | 1993-10-14 | Deutsche Aerospace | Verfahren und Vorrichtung zur Verlängerung der Einsatzdauer und Verminderung der Temperaturabhängigkeit ionenselektiver Kunststoffmembran-Elektroden |
DE4226630C2 (de) * | 1992-04-10 | 1999-02-11 | Daimler Benz Aerospace Ag | Ionenselektive Polymermembran-Elektroden-Meßkette und deren Verwendung |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DK521775A (da) | 1977-05-21 |
US4059499A (en) | 1977-11-22 |
GB1565988A (en) | 1980-04-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE3405431C2 (de) | ||
DE3841622C2 (de) | ||
DE69220915T2 (de) | Ionenselektive Festkörperelektroden auf Graphitbasis mit Polymermembran | |
DE2652703A1 (de) | Elektrode zur messung der nitrationenkonzentration | |
DE69212455T2 (de) | Referenzelektroden-Halbzelle | |
CH498393A (de) | Elektrode zum Nachweis von Fluoridionen und zur Bestimmung der Fluoridionenaktivität in einer Lösung | |
DE3203406A1 (de) | Bezugselektrode mit innerer diffusionssperre | |
DE1598230A1 (de) | Austauscher-Elektrode | |
DE4223228C2 (de) | Verfahren zur Bestimmung von Persäuren | |
EP0588984B1 (de) | Verfahren zur verlängerung der einsatzdauer und verminderung der temperaturabhängigkeit ionenselektiver kunststoffmembran-elektroden | |
DE3146066C2 (de) | ||
DE2950383C2 (de) | Elektrochemische Elektrode sowie Verfahren zur Ausbildung einer auf Ionen ansprechenden Membran für eine elektrochemische Elektrode sowie Verfahren zur Herstellung einer elektrochemischen Elektrode | |
CH654111A5 (de) | Bezugselektrode mit ionenselektiver sperre. | |
DE2749761A1 (de) | Verfahren zum einstellen des ph-werts eines probenstroms | |
DE1598196A1 (de) | Elektrochemische Apparatur | |
DE1170677B (de) | Normalbezugselektrode zur pH-Messung | |
CH680311A5 (en) | Reference electrode for potentiometric cell - has pore providing electrolyte bleed at sample contact surface | |
DE2924748C3 (de) | Polarografische Sauerstoffmesselektrode | |
DE3875369T2 (de) | Verfahren zur herstellung einer membran, ansprechend auf die verwendung in einer chlorionenselektiven elektrode. | |
EP1615023B9 (de) | Aufbewahrungs-Lösung für pH-Glaselektrode | |
DE2357039A1 (de) | Membran-elektrode zur bestimmung von saeurekonzentrationen in stark sauren loesungen | |
DE3613275C2 (de) | ||
DE69108812T2 (de) | Probeverdünner für Messung mit ionspezifischen Elektroden und Verfahren zur Verwendung davon. | |
DE4011482C1 (de) | ||
DE2118876C3 (de) | Vorrichtung zur elektrometrischen Schnellbestimmung von Ionenaktivitäten |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
8131 | Rejection |