DE2730143C3 - Elektrode zur Sauerstoffmessung - Google Patents
Elektrode zur SauerstoffmessungInfo
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- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
- G01N27/404—Cells with anode, cathode and cell electrolyte on the same side of a permeable membrane which separates them from the sample fluid, e.g. Clark-type oxygen sensors
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Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Messung von Sauerstoffkonzentralionen, bestehend aus einer
Referenzelektrode einer Reduktionseieklrode aus Edelmetall
für den Sauerstoff und einer für den Sauerstoff durchlässigen, für Wasser undurchlässigen, die Anordnung
gegen den Außenraum abschließenden Abschlußmembran und einer weiteren unmittelbar an der
Reduktionselektrode zwischen dieser und der Abschlußmembran angeordneten Membran, wobei zwischen
Reduktionselektrode und Abschlußmembraii ein Elektrolyt vorhanden ist.
Die bekannten Anordnungen weisen zwei wesentliche Nachteile auf.
Einmal kann auch bei Wahl hochgereinigter Edelme
talle für die Elektroden ein Transport von Fremdstoffen
auf die Elektroden nicht verhindert werden, so daß die Elektroden Drifterscheinungen zeigen, die eine unbeschränkte
Betriebsdauer verhindern. Zum anderen ist der Sauerstoffverbrauch durch die Messung selbst
bisher derart hoch, daß es grundsätzlich zu Störungen des Diffusionsfeldes in den meist gemessenen organischen
Geweben kommt. Um dieses zu verhindern, ist versucht worden, den Diffusionswiderstand zu erhöhen.
Dazu wurde, wie in der US-PS 39 85 633 vorgeschlagen, eine zusätzliche Membran zwischen der Abschlußmembran
und der Reduktionselektrode angeordnet. Durch die Erhöhung des Diffusionswiderstandes erhöht sich
jedoch die Meßzeit beträchtlich. Es kann also die wahre
Sauerstoffkonzentration nicht oder nur mit sehr langen Meßzeiten gewonnen werden. .
Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu beseitigen bzw. verringern. Diese Aufgabe wird bei
einer Anordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die weitere Membran
ionenselektive Kationenligangen enthält und wasserstoffionendurchlässig ist, und daß der Elektrolyt
Ligandenkationen enthält.
In dieser Anordnung kommt durch die Selektionswirkung der Ligandenmembran nur der Reaktionsstoff und
nicht auch Stoffe aus dem Elektrolyten oder der Gegenelektrode mit der Reduktionselektrode in Berührung,
so daß physikalische und chemische Änderungen an der Reduktionselektrode ausbleiben und die
Langzeitkonstanz bedeutend vergrößert ist. Auch wird der Teilchenstrom des Sauerstoffs drastisch verringert,
so daß die Störung des Konzentrationsfeldes des Sauerstoffs durch die Messung sehr gering wird.
Um diesen Vorteil zu nutzen, weist der Eingangswiderstand des das Signal messenden Verstärkers einen
Wert von etwa 10'2 Ω auf.
Besonders günstige Verhältnisse liegen vor, wenn der Ligand Na-selektiv ist.
Es hat sich nämlich gezeigt, daß dann ein leicht anzeigbares und der Sauerstoffkonzentration gut
proportionales Signal entsteht.
Als Liganci dient dabei vorteilhaft 3,6-Diooxaoctandisäure-bis-diphenylamin.
Es isi weiterhin vorteilhaft, wenn der Elektrolyt aus 10 mM NaCI und 0.1 n-HCl besteht.
In einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist die
Referenzelektrode mit einer, einen von dem Kationenliganden der Ligandenmembran verschiedenen Liganden
enthaltenden Referenzligandenmembran bedeckt. Dadurch wird ein physikalischer oder chemischer Angriff
auch auf die Referenzeleklrode verhindert.
Mit der Anordnung nach der Erfindung kann auch amperometrisch, also mit einem Meßwidersland von
etwa 106Ω, der einen stationären Teilchenstrom im
Meßsystem erzeugt, in bekannter Weise gemessen werden. In dieser Anwendung besteht dann noch immer
der Vorteil, daß die Elektroden physikalisch und chemisch geschützt sind.
Eine Anordnung nach der Erfindung ist in der Zeichnung schemalisch dargestellt.
Eine Polarisationsspannungsquelle 1 wird an eine Reduktionselektrode 2 beispielsweise aus Platin und
eine vorzugsweise ringförmig um die Reduktionselektrodc
2 liegende Referen/eleklrode 3 angelegt. Vorder
Reduktionselektrode 2 ist eine einen ionenselektiven Kationenliganden enthaltende und wasserstoffionensowie
rauerstoffdurchlässige Membran 20 aus PVC, vor der Referenzelektrode 3 ist eine, einen von der
Ligandenmembran verschiedenen Liganden enthaltende Referenzligandenmembran 30 angeordnet. Die
Referenzligandenmembran kann auch entfallen. Der Ligand der Ligandenmembran 20 ist vorzugsweise
3,6-Diooxaoctandisäure-bis-diphenylamin. E:in Klektrolyt
5 bedeckt die gesamte Anordnung, die durch eine Abschlußmembran 6 gegen den Außenraum abgeschlossen
ist. Der Elektrolyt 5 besteht aus 10 mM NaCl und 0,1 n-HCI, wenn keine Referenzligandenmembran
30 vorgesehen ist. Ist eine Referenzligandenmembran 30 vorgesehen, muß der Elektrolyt zusätzlich noch das
lon dieses Liganden enthalten.
Liegt nun im Außenraum eine bestimmte Konzentration von Sauerstoff 7 vor, dann diffundiert dieser durch
die Polytetrafluoräthylenmembran 6 und weiterhin zusammen mit den Wasserstoffionen aus dem Elektrolyten
5 in die Ligandenmembran 20. Dort entsteht nach Reduktion des Sauerstoffs zusammen mit den Wasserstoffionen
Wasser nach der Gleichung
O2 + 4e-* 2O-- +4H + =2 H2O
Die durch diesen Vorgang entstehende Potentialänderung der Elektrode 2—20 in der Potentiaikette aus den
Elektroden 2—20, 3—30, dem Elektrolyten 5 und der Polarisatiomsspannungsquelle 1 wird durch einen Meßverstärker
4 mit Anzeige gemessen. Der Meßverstärker 4 hat einen Eingangswiderstand von etwa ΙΟ12 Ω.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (7)
1. Anordnung zum Messen von Sauerstoffkonzentrationen, bestehend aus einer Referenzelektrode,
einer Reduktionselektrode aus Edelmetall für den Sauerstoff und einer für den Sauerstoff durchlässigen,
für Wasser undurchlässigen, die Anordnung gegen den Außenraum abschließenden Abschlußmembran
und einer weiteren unmittelbar an der Reduktionselektrode zwischen dieser und der
Abschlußmembran angeordneten Membran, wobei zwischen Reduktionselektrode und Abschiußmembran
ein Elektrolyt vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Membran
(20) ionenselektive Kationenliganden enthält und wasserstoffionendurchlässig ist, und daß der Elektrolyt
(5) Ligandenkationen enthält.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein das Signal der Anordnung
messender Verstärker (4) einen Eingangswiderstand von etwa 10I2Qhat.
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ligand Na-selektiv ist.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Ligand 3,6-Diooxaoctandisäure-bis-diphenylamin
ist.
5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt (5) aus 10 mM NaCl und
0,1 n-HClbestelu.
6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzelektrode (3) mit einer,
einen von dem Kationenliganden der Ligandenmembran verschiedenen Liganden enthaltenden
Referenzligandenmembran (30) bedeckt ist.
7. Anordnung nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ligandenmembranen (20,
30) aus PVC bestehen.
Priority Applications (8)
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