DE2801223C3

DE2801223C3 - Elektrodenanordnung

Info

Publication number: DE2801223C3
Application number: DE2801223A
Authority: DE
Inventors: Gerd-Dieter 3004 Iserhagen Bauermeister
Original assignee: GESELLSCHAFT fur BIOTECHNOLOGISCHE FORSCHUNG MBH (GBF) 3300 BRAUNSCHWEIG
Current assignee: GESELLSCHAFT fur BIOTECHNOLOGISCHE FORSCHUNG MBH (GBF) 3300 BRAUNSCHWEIG
Priority date: 1978-01-12
Filing date: 1978-01-12
Publication date: 1981-01-15
Also published as: DE2801223B2; US4248712A; DE2801223A1

Description

In der DE-PS 15 98 397 wird angegeben, daß bei einer Heißdampfsterilisation Meßkopf und Elektrolyt nicht dem Heißdampf ausgesetzt werden dürfen, weil sonst die Elektrode zerstört, zumindest aber die Eichkurve der Elektrode geändert werden würde. Daher wird eine robuste Membran einer Stärke zwischen 50 bis 1000 μπι vorgeschlagen, um den die Elektrode tragenden Einsatz ohne Beschädigung der Membran aus- und einbauen zu können. Ein derartiges Aus- ua> Einbauen ist jedoch schon hinsichtlich des ZeitaLfwandes nachteilig.

In G-I-T (Fachzeitschrift tür d; . Laboratorium) 20 (1976) 977 bis 984 wird ferner auf Seite 983 links darauf hingewiesen, daß dünne Membranen vorteilhaft sind, wobei Dicken zwischen 10 und 25 μπι angeführt werden. Als Beispiel für eine Elektrode mit offensichtlich dünner Membran wird die IL-Elektrode angeführt, die in der DE-PS 21 24 445 beschrieben ist. Derartige dünne Membranen vertragen jedoch keine großen Druckunterschiede, wie man der DE-PS 15 98 397 und G-I-V loc. cit. Seite 983 links entnehmen kann. Eine IL-Elektrode kann also nicht derart sterilisiert werden, daß bei der Sterilisation lediglich vom zu untersuchenden Medium her Druck auf die dünne Membran ausgeübt wird. Das wäre beispielsweise der Fa'l, wenn der Elektrolytbehälter mit der dünnen Membran ohne Einsatz in einen Fermenter eingebaut würde, der auf die Sterilisationstemperatur von 120⁰C gebracht würde. Es ist aber auch nicht möglich, eine IL-Elektrode in befriedigender Weise derart zu sterilisieren, daß dabei auf beide Sejten der Membran Druck ausgeübt wird. Da die eingebaute Kathode die dünne Membran vorspannt, würde diese Membran bei der Sterilisation irreversibel verformt, wie man G-I-T loc. cit. Seite 983 links mittelbar entnehmen kann.

Fe.ner ist aus der DE-OS 18 00 059 eine Elektrodenanordnung bekannt, bei der die Membran von innen durch eine starre Lochwand abgestützt wird, die die Membran beim; Sterilisieren gegen Verformung durch den Druck im Sterilisationsapparat schützen soll Die Membran Wird jedoch an den Stellen nicht abgestützt, an denen die Lochwand durchbrochen ist, F i g. 1 dieser Offenlegungsschrift kann man ferner entnehmen, daß die Querschnittsfläche des Lochs, in das die Meßelektrode eingeführt ist, um ein Mehrfaches größer als die Stirnfläche der Meßelektröde ist So ist der kritische Bereich der Membran, der dieses Loch abdeckt, in nachteiliger Weise voll den Beanspruchungen der Sterilisation, insbesondere einer irreversiblen Verformung ausgesetzt Der Elektrolytbehälter ist außerdem mit einer Anschlußleitung mit der Atmosphäre verbunden. Dementsprechend kann sich bei einer Sterilisation auf der Suite der Membran, die der Elektrodenanordnung zugewandt ist, nicht der Druck aufbauen,-der dem Druck im Inneren des Sterilisationsapparates entspricht Damit ergeben sich verschieden hohe Drücke auf den beiden Seiten der Membran. Hinzu kommt, daß bei dieser bekannten Elektrodenanordnung die Sterilisation mit eingefülltem Elektrolyten vorgenommen wird, so daß die bereits genannten Nachteile auftreten.

Ferner ist aus der GB-PS 10 33 171 eine Elektrodenanordnung bekannt, bei der die Kathode senkrecht zur Ebene der semipermeablen Membran verschiebbar ist Die Kathode bewegt sich in einem Elektrolytbehälter, der auf der Seite, die der semipermeablen Membran gegenüberliegt durch eine undurchlässige Membran verschlossen ist Indem man einen Stempel mit einem Gewinde in Richtung dieser undurchlässigen Membran schraubt kann man auf die Kathode im Inneren des Elektrolytbehälters einen genau einstellbaren Druck ausüben, und damit die Spannung der semipermeablen Membran einstellen Der Gegendruck auf die Kathode erfolgt allein durch die Spannung der semipermeablen Membran. Man kann jedoch nicht die Kathode von der semipermeablen Membran trennen bzw. abheben, so daß die semipermeable Membran während einer Sterilisation entlastet wäre. Somit kann bei der Sterilisation die semipermeable Membran durch die Kathode irreversibel verformt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Elektrodenanordnung vorzusehen, bei der die Membran während der Sterilisation entlastet ist, und die Anordnung praktisch unmittelbar nach der Sterilisation betriebsfertig und mit wenigen Maßnahmen erneut einsetzbar ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe müssen folgende Bedingungen erfüllt werden:

— Die Elektrodenanordnung muß im zusammengesetzten und eingebauten Zustand sterilisierbar sein;

— die Membran muß während der Sterilisation entlastet sein

— der vor und nach der Sterilisation von der Kathode auf die Membran ausgeübte Druck muß gleich sein;

— die Elektrodenanordnung muß nach der Sterilisation ohne Zerlegen mit dem Elektrolyten gefüllt werden können.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird bei einer Elektrodenanordnung mit einem Elektrolytbehälter, dessen zum Untersuchungsmedium weisende Öffnung mit einem Membranelement verschlossen ist, mit einer in dem Elektrolytbehälter angeordneten Kathode in Form des aus einem Isolierkörper austretenden Endabschnitts eines Edelmetalleiters. wobei der Isolierkörper senkrecht zur tbene des Membranelements verschiebbar ist, und mit einer in dem Elektrolytbehälter angeordneten Bezugselektrodt LerfindühgsgemäB dadurch gelöst, daß der Elektrolytbe^ Kälter mit druckfesten Ventilen zum Zu- Und Abführen des Elektrolyten in Verbindung steht, und daß der Isolierkörper mit einer Feder gegen das Membranele-

ment vorspannbar ist und zur Sterilisation vom Membranelement trennbar ist.

Dadurch, daß der Eiektrolytbehälter mit druckfesten Ventilen zum Zu- und Abführen des Elektrolyten in

Verbindung steht, ist es möglich, die Elektrodenanordnung im zusammengesetzten und eingebauten Zustand zu sterilisieren.

Dadurch, daß der Isolierkörper mit der Kathode beim Betrieb der Elektrodenanordnung mit einer Feder gegen das Membranelement vorgespannt ist, wird ein reproduzierbarer Druck der Kathodenoberfläche auf das Membranelement erzielt Außerdem kann dadurch eine mögliche geringfügige Verformung des Membranelements ausgeglichen werden. ι ο

Dadurch, daß der Isolierkörper mit der Kathode zur Sterilisation vom Membranelement trennbar ist, kann das Membranelement während der Sterilisation entlastet werden, so daß es zu keiner irreversiblen Deformation kommt

Nachstehend wird die Erfindung durch Figuren näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine zum Teil geschnittene (Schnitt C-D in F i g. 3) Ansicht des oberen Teils einer erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung, wobei der untere Teil der Elektrodenanordnung weggebrochen ist

Fig.2 eine zum Teil geschnittene (Schnitt A-B in Fig.3) Ansicht der Elektrodenanordnung gemäß Fig. 1, wobei der obere Teil der Elektrodenanordnung weggebrochen ist

F i g. 3 eine Draufsicht auf die Elektrodenanordnung gemäß den vorhergehenden Figuren,

Fig.4 ein teilweise geschnittenes Ventil gemäß den Fig. 1 und 3, und

Fig.5 eine zum Teil geschnittene (Schnitt C-D in Fig.3) Ansicht des mittleren Teils der Elektrodenanordnung gemäß den vorhergehenden Figuren, wobei der obere Teil der Elektrodenanordnung weggebrochen und der untere Teil der Elektrodenanordnung entfernt ist und eine Draufsicht auf den unteren Teil der Bezugselektrode und der Elektrolytzuleitung.

Nachstehend wird die in den F i g. 1 bis 5 dargestellte erfindungsgemäße Elektrodenanordnung näher beschrieben. Diese Elektrodenanordnung umfaßt ein zylindrisches Gehäuse 1, eine zylindrische Gehäusekappe 2, einen Gehäusekopf 3 und einen Gehäusedeckel 4. Das Gehäuse, die Gehäusekappe und der Gehäusedekkel können z. B. aus Edelstahl und der blockartige Gehäusekopf z. B. aus einem isolierenden Kunststoff hergestellt sein, z. B. einem AcetalhcTiopolymerisat aus Formaldehyd mit Formbeständigkeit über 120⁰C (Kunststoff A).

In das Gehäuse 1 ist von unten her ein Elektrolytkammerblock 6 eingesetzt, der z. B. aus einem isolierenden Kunststoff bestehen kann, beispielsweise aus einem Epoxidharz. Dieser Elektrolytkammerblock 6 ist mit einer umlaufenden Schulter versehen, die an der unteren Stirnfläche des Gehäuses 1 anschlägt.

Der obere Endabschnitt der Gehäusekappe 2 ist auf den unteren Endabschnitt des Gehäuses 1 aufgeschraubt, wobei der obere Endabschnitt der Gehäusekappe eine äußere Ringnut des Gehäuses 1 abdeckt, in der sich ein abdichtender O-Ring 27 aus / Π Äthylen/Propylen befindet. Die Gehäusekappe 2 kann so weit auf das Gehäuse 1 aufgeschraubt werden, bis sie beispielsweise an einem äußeren umlaufenden Wulst des Gehäuses 1 anschlägt.

Die Gehäusekappe 2 ist an ihrem unteren Ende mit einem inneren umlaufenden Wulst Versehen. In die öffnung, die dieser Wulst freigibt, ist teleskopartig eine Hülsenkappe 5 eingesetzt, die z. B. aus Edelstahl bestehen kann. Diese Hälsenkappe 5 weist an ihrem oberen Ende einen äußeren umlaufenden Wulst auf, der auf dem Wulst der Gehäusekappe 2 aufliegt Die scheibenförmige Stirnfläche der Hülsenkappe 5 ist mit einer zentrischen kreisförmigen Öffnung versehen, die konisch ausgebildet ist Die kleinste lichte Weite dieser öffnung beträgt etwa 4 mm, sie kann jedoch auch kleiner oder größer sein, beispielsweise im Bereich von 3 bis 5 mm liegen. Auf der scheibenförmigen Stirnfläche der Hülsenkappe 5 liegt innen eine Stützmembran 22 auf, bei der es sich beispielsweise um ein mit einem Silikonharz beschichtetes Edelstahlnetz handeln kann. Diese Stützmembran 22 kann auf die Hülsenkappe 5 aufgeklebt sein. Auf die Stützmembran 22 ist lose eine innere Membran 23 aufgelegt die z. B. aus Polytetrafluoräthylen bestehen kann.

In die aus Gehäusekappe 2 und Hülsenkappe 5 gebildete Einheit ist eine zylinderförmige Hülse (Elektrolytkammerhülse) 4 eingesetzt, die beispielsweise aus Edelstahl bestehen kann. Der äußere Durchmesser dieser Hülse 4a ist so bemessen daß die Hülse 4a weder an der Gehäusekappe 2 nocu am zylindrischen Abschnitt der Hülsenkappe 5 anliegt Die Dicht- bzw. Isolierringe 24, 25, 25 und 32 isolieren die Hülse 4d gegenüber der aus Gehäusekappe 2 und Hülsenkjppe 5 gebildeten Einheit und sorgen ferner dafür, daß kein Elektrolyt in den durch Hülse 4a einerseits und Gehäusekappe 2 und Hülsenkappe 5 gebildeten Ringspalt austritt Die Dicht- bzw. Isolierringe 24,25,25 und 32 können z.B. aus einem Silikonharz oder aus Polytetrafluorethylen bestehen.

Beim Aufschrauben der Gehäusekappe 2 auf das Gehäuse 1 wird der Elektrolytkammerblock 6 gegen den oberen Dichtisolierring 25 gepreßt Dieser Druck überträgt sich über die Hülse 4 auf den Dichtspannring 24. Dieser Dichtspannring 24 liegt auf seiner Ober- und Innenseite an der Schulter an, die am äußeren Umfang des unteren Endabschnitts der Hülse 4a ausgebildet ist Dadurch kann der Dichtspannring 24 beim Zusammenpressen nicht nach innen ausweichen. Da der üichtspannring 24 jedoch in bezug auf die Hülsenkappe 5 genügend Spiel hat kann er dem Druck radial nach auben ausweichen. Durch diese Ausweichbewegung wird die innere Membran 23 gleichmäßig gespannt.

Der Gehäusedeckel 4, der Gehäusekopf T und der Elektrolytkammerblock 6 weisen eine zentrale Bohrung auf, durch die verschiebbar ein Kathodenträgerrohr 7 geführt ist, das z. B. aus Edelstahl bestehen kann. Das Kathodenträgerrohr 7 weist an seinem unteren Endabschnitt einen erweiterten zylindrischen Abschnitt auf. in den mit Hilfe einer schlauchförmigen Dichtung 29, die z. B. ein Silikonschlauch sein kann, ein Glasrohr eingesetzt ist. Dieses Glasrohr nimmt einen Edelmetall draht, z. B. einen Platindiaht, als Kathode auf, wobei das Glas, ohr an seinem unteren Ende zugeschmolzen ist und die Kathode in der Mitte bzw. im Scheitelpunkt der Schmelzstclle austritt. An das obere Ende des Edelmetalldrahts ist im Glasrohr ein Kupferdraht angeschweißt, an den wiederum ein Zuleitungsdraht angelötet ist.

In den Gehäusekopf 3 ist bis zum Anschlag am Distanzring 20, der z. B. aus Kunststoff A bestehen kann, eine Büchse eingeschraubt Ein Von dieser Buchse ausgehender Zuleitungsdraht führt durch eine im Gehäusekopf 3 ausgebildete Bohrung in eine durch den Gehäusekopf 3, das Gehäuse 1 und den Elektrolytkammerblock 6 gebildete Kammer und tritt in dieser Kammer in das Kathodenträgerrohr 7 ein, wo er an den Kupferdraht angelötet ist.

DaS Kathodenträgerrohr 7 ist in der durch den

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Gehäüseköpf 3, das Gehäuse 1 und den Elektrolyt kammerblock 6 gebildeten Kammer mit einem Seeger* ring 10 Versehen, auf dem ein Sockel 9 aufsitzt Dieser Sockel 9 und der Gehäusekopf 3 dienen als Widerlager für eine Spiralfeder 8, durch die das Kathodenträgerrohr 7 geführt ist Der Seegerring 10, der Fcdefsockel 9 und die Druckfeder 8 können aus z.B. Edelstahl bestehen. Durch diese Feder 8 wird die Membran 23 gleichmäßig gespannt

Der Gehäusedeckel 4 weist einen zentralen sich nach oben erstreckenden und einen zentralen sich nach unten erstreckenden Stutzen auf, durch die das Kalhodenträgerrohr 7 verschiebbar geführt ist. Der untere Stutzen ist in eine entsprechende Ausnehmung des Gehäusekopfes 3 eingepaßt, in der sich ein Dichtring 19 aus z. B. Filz befindet. Der obere Stutzen ist mit einem Außengewinde versehen, auf das eine Mutter 11 aufgeschraubt ist. Auf der oberen Stirnfläche dieser Mutter 11 liegt eine U-Scheibe 13 auf. Die Mutter ί 1 und die U-Scheibe 13 können aus z. B. Edelstahl bestehen. Das Ende des Kathodenträgerrohres 7 ist durch die Ü-Scheibe 13 geführt und mit einem Seegerring 10 versehen, der als Anschlag für die U-Scheibe 13 dient. Wenn also die Mutter 11 in der vom Gehäusedeckel 4 wegweisenden Richtung geschraubt wird, schlägt die U-Scheibe 13 am Seegerring 10 an, so daß das Kathodenträgerrohr 7 angehoben und die Kathode 30 von der Membran 23 getrennt wird. Die Mutter 11 (und damit das Kathodenträgerrohr 7) sind mit einer Kappe 12 aus z. B. Kunststoff A abgedeckt Die Mutter 11 ist an ihrem unteren Ende mit einem äußeren umlaufenden Wulst versehen, an dem ein Anschlag 14 aus z. B. Edelstahl angreift, wenn die Kathode 30 ausreichend von der Membran 23 getrennt ist

Wie bereits ausgeführt wurde, führt von der im Gehäusekopf 3 angeordneten Buchse eine Bohrung zu der Kammer, die vom Gehäusekopf 3, dem Gehäuse 1 und dem Elektrolytkammerblock 6 gebildet wird. Außer dem Zuleitungsdraht für die Kathode geht von dieser Buchse ein Zuleitungsdraht für die Anode aus, der

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gicililiaua vilt i>imi ung Ulm ulk rvaiiiinui uuiuiieun unvj in einer Buchse 33 (bzw. einem Stecker 33) endet, die in oder am Elektrolytkammerblock 6 ausgebildet und z. B. mit einem Sicherungsstift 34, beispielsweise einem Edelstahldraht, im Elektrolytkammerblock 6 verankert ist In diese Buchse 33 ist die Bezugselektrode bzw. Anode 31 aus z. B. Silber eingesteckt Diese Bezugselektrode 31 durchläuft eine Bohrung im Elektrolytkammerblock 6 und tritt durch eine isolierende Dichtung 26, z. B. einen Silikonschl-auch, in die Elektrolytkammer ein. Diese Dichtung 26 dichtet die genannte Bohrung im Eiektrolytkammerblo_rck 6 ab und verhindert damit daß die" Büchse? 33 rnitiüem^EIektrolyten in Berührung kommt. Diese Dichtung 26 garantiert gleichzeitig einen konstanten Widerstand der Bezugselektrode 31» Bei der Bezugselektrode 31 kann es sich um einen Draht handeln, der in Nachbarschaft zur Kathode 30 kronenförmig gebogen ist

Arn Gehäusedeckel 4 sind zwei Ventile vorgesehen', die in üblicher Weise ein Ventilgehäuse 17 mit Ventilspindel 17a aufweisen, die z. B; aus Edelstahl bestehen können. Das von dem elnenVentil ausgehende

to Füllrohr 15 durchläuft eine im Gehäusekopf 3 vorgesehene Bohrung, die vom Gehäusekopf 3, dem Gehäuse 1 und dem Elektrolytkammerblock 6 gebildete Kammer und schließlich eine durch den Elektrolylkammerblock 6 führende Bohrung und tritt in die Elektrolytkammer ein. Die durch den Elektrolytkammerblock 6 führende Bohrung weist drei aufeinanderfolgende zylindrische Abschnitte auf, wobei der mittlere Abschnitt am engsten und der untere Abschnitt am weitesten ist. Der obere zylindrische Bohrungsabschnitt dient als Sitz für eine Fixiermanschette bzw. ein Fixierrohr 15a, das auf dem Füllrohr 15 befestigt ist; das Fallrohr 15 und das Fixierrohr 15a können aus z. B. Edelstahl bestehen, in den unteren zylindrischen Bohrungsabschnitt ist eine Dichtung 26 eingesetzt, z. B.

ein Silikonschlauch, durch die das Füllrohr 15 in die Elektrolytkammer eintritt Auf das in der Elektrolytkammer angeordnete Ende des Füllrohres 15 ist ein Schlauch i5b aus z. B. Polytetrafluorethylen aufgeschoben, der bis in die Nachbarschaft der Membran 23 reicht Die vorhergehende Beschreibung für das Ventil und das Füllrohr 15 gilt in entsprechender Weise für das andere Ventil mit der Ausnahme, daß dem Füllrohr hier ein Entlüftungsrohr 16 aus z. B. Edelstahl entspricht, dessen Ende am höchsten Punkt der Elektrolytkammer liegt

In den F i g. 1 und 3 bedeuten

18: Isolierhülsen (Kunststoff A)
21: Stecker

In F i g. 2 bedeutet
28: Dichtmanschette (Silikonschlauch)

In Fig.4bedeuten

•!5 176: Begrenzungsklammer (Edelstahldraht)
17c: O-Ring(Äthylen/PropyIen)
YJd: Dichtung (Silikonschlauch)
17e: Dichtung (Silikonschlauch)

In F i g. 5 bedeuten

33: Stecker (1 Steckeinheit)

35: Sicherungsschraübe (Edelstahl)

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Elektrodenanordnung mit einem Elektrolytbehälter, dessen zum Untersuchungsmedium weisende öffnung mit einem Membranelement verschlossen ist, mit einer in dem Elektrolytbehälter angeordneten Kathode in Form des aus einem Isolierkörper austretenden Endabschnitts eines Edelmetalleiters, wobei der Isolierkörper senkrecht zur Ebene des Membranelements verschiebbar ist, und mit einer in dem Elektrolytbehälter angeordneten Bezugselektrode, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolytbehälter mit druckfesten Ventilen zum Zu- und Abführen des Elektrolyten in Verbindung steht, und daß der Isolierkörper (30) mit einer Feder (8) gegen das Membranelement (22,23) vorspannbar ist und zur Sterilisation vom Membranelement (22, 23) trennbar kl