DE2812613C2 - Elektrochemische Zelle - Google Patents
Elektrochemische ZelleInfo
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Description
Das nachgesuchte Schutzrecht steht in einem Zusatzverhältnis zur DE-PS 26 27 271.
Die Erfindung betrifft eine elektrochemische Zelle zum Nachweis von Spuren von Stickstoffdioxid in
einem Gasgemisch mit einer polarographischen Einrichtung, bestehend aus Arbeits-, Bezugs- und Hilfselektrode
in einem organischen Elektrolyten, wobei die Arbeitselektrode eine polarisierbare ionenselektive Elektrode
ist; einem Potentiostaten, der auf die charakteristische Spannung für die Meßkomponente eingestellt
ist; einem Strommeßgerät und Mitteln zur Führung des Gases an die Grenzfläche Arbeitselektrode/Elektrolyt
Elektrochemische Zellen zum Nachweis eines Gases in einem Gasgemisch sind besonders wichtig im Umweltschutzbereich.
Mit ihnen kann festgestellt werden, ob gefährliche Gase in der Luft vorhanden sind. Sie
sollen insbesondere das Überschreiten von vorgegebenen Konzentrationen anzeigen; sie müssen daher für
einen längeren Zeitraum wartungsfrei und gleichbleibend empfindlich sein.
In der DE-PS 26 27 271 ist eine elektrochemische Zelle mit einer polarographischen Einrichtung mit
ionenselektiver Elektrode als Arbeitseleklrode beschrieben.
Es wurde nun gefunden, daß sich Spuren von Stickstoffdioxid
in einem Gasgemisch in einer derartigen Vorrichtung messen lassen, wenn die Arbeitselektrode
eine katodisch polarisierte, mit Silberjodid beschichtete Silberelektrode ist und die Hilfselektrode aus Silber be-
- steht
Es wurde weiter gefunden, daß mit einer solchen Vorrichtung auch andere Stickstoff enthaltende, gasförmige
Substanzen hochempfindlich nachgewiesen werden können, wenn der Zelle eine Kühlstrecke und die-.
ser ein Reaktor vorgeschaltet ist Im Reaktor wird das Gas oxidierend erhitzt und nach Abkühlung auf die Arbeitselektrode
der Meßzelle geleitet
Gegenstand der Erfindung sind Gasdetektoren für Stickstoffdioxid, Acrylnitril und Blausäure. Es läßt sich
auch Acrylnitril neben Blausäure selektiv messen, wenn der Blausäure-Anteil separat ermittelt wird.
Die Arbeitselektrode ist eine ionenselektiv ε Elektrode,
beispielsweise ein Silberdrahtnetz, das mit Silberjodid
beschichtet ist Sie wird katodisch polarisiert Die Hilfselektrode besteht aus Silber. Als Bezugselektrode
wird vorteilhafterweise eine Ag-/AgJ-EIektrode verwendet Durch diese Symmetrierung zur Arbeitselektrode
wird die Tefnperaturabhängigkeit stark reduziert Die Elektroden werden in einer Potentiostatenschaltung
betrieben. Der Elektrolyt ist ein organischer, eingedickter Elektrolyt Sr besteht aus 40 bis 60% Diäthylphthalat,
25 bis 35% Propylencarbonat und 15 bis 20% Polyvinylchlorid.
Er enthält noch Mittel zur Leitfähigkeitserhöhung und pH-Stabilisierung.
Bei Vorhandensein von Stickstoffdioxid findet an der Katode — jedoch ohne äußere Stromlieferung — eine
Abscheidung von Jod statt, entsprechend
AgJ + 2 NO2- AgNO3 + NO + J.
Durch den polarographischen Prozeß, nämlich den katodischen Vorgang J + e -»· J'
und den anodischen Vorgang an der Hilfselektrode Ag-» Ag+ + e,
Durch den polarographischen Prozeß, nämlich den katodischen Vorgang J + e -»· J'
und den anodischen Vorgang an der Hilfselektrode Ag-» Ag+ + e,
erfolgt Rückbildung von Silberjv did, & h. die Arbeitselektrode
wird nicht angegriffen, hingegen ist die Hilfselektrode eine Opferelektrode. Dieser Elektronenaustausch
tritt bei einer Arbeitsspannung von ca. —140 mV
(bezogen auf die Standardwasserstoffelektrode) ein.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist beispielhaft in « der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben.
Es zeigt
F i g. 1 Schnitt durch eine Meßzelle und
F i g. 2 eine Meßzelle mit einem Reaktor.
Nach F i g. 1 tritt das auf Stickstoffdioxid zu prüfende Gasgemisch bei 1 in die Meßzelle ein. Durch spiralförmige Leitrippen 2 wird eine vollständige Ausfüllung des Raumes über der Fritte 3 erzwungen. Bei 4 strömt das Gas ab. Über die Fritte 3 diffundiert Gas in den Raum 5. Dieser Raum hat eine Höhe von etwa 1 mm, und der Boden ist mit der Arbeitselektrode 6 bedeckt, die ihrerseits dem Elektrolyten 7 fest anliegt. Die Arbeitselektrode 6 ist netzförmig und kann über 8 mit dem Potentiostaten verbunden werden. Der Elektrolyt 7 ist gelartig verfestigt Die Hilfselektrode 9 besteht aus Silber und wird über 10 mit dem Potentiostaten verbunden. Die Bezugselektrode 11 besteht aus Silberjodid, Anschlußmöglichkeit ist über 12 gegeben.
F i g. 2 eine Meßzelle mit einem Reaktor.
Nach F i g. 1 tritt das auf Stickstoffdioxid zu prüfende Gasgemisch bei 1 in die Meßzelle ein. Durch spiralförmige Leitrippen 2 wird eine vollständige Ausfüllung des Raumes über der Fritte 3 erzwungen. Bei 4 strömt das Gas ab. Über die Fritte 3 diffundiert Gas in den Raum 5. Dieser Raum hat eine Höhe von etwa 1 mm, und der Boden ist mit der Arbeitselektrode 6 bedeckt, die ihrerseits dem Elektrolyten 7 fest anliegt. Die Arbeitselektrode 6 ist netzförmig und kann über 8 mit dem Potentiostaten verbunden werden. Der Elektrolyt 7 ist gelartig verfestigt Die Hilfselektrode 9 besteht aus Silber und wird über 10 mit dem Potentiostaten verbunden. Die Bezugselektrode 11 besteht aus Silberjodid, Anschlußmöglichkeit ist über 12 gegeben.
F i g. 2 zeigt die vollständige Meßanordnung mit einem Reaktor. Die Bezugszeichen 1 bis 12 haben die
gleiche Bedeutung wie in Fig. 1. Eine Pumpe 13 (Mengenleistung etwa 20 l/h) saugt das Meßgas zunächst
durch einen Mikroreaktor 14. Er enthält einen Vorwärmer 15 und einen Heizteil 16. der mit Katalysator be-
schichtet ist Der Katalysator ist z. B. Braunstein, und bei
400 bis 4500C wird das Acrylnitril in Kohlendioxid, Wasser und Stickstoffdioxid zersetzt. Ober die Anschlüsse
17 und 18 kann der Heizteil 16, ein Platindraht, beheizt werden. In dem Kühler 19 wird das Gasgemisch
gekühlt und über 1 in die Meßzelle geleitet. 20 ist ein Potentiostat, 21 ein N ach verstärker, 22 ein Anzeigebzw.
Registrierinstrument. ■
2 ppm Stickstoffdioxid erzeugen einen Primärstrom von ca. 2.10-6A. Die Ansprechempfindlichkeit üegt
unter 0,2 ppm; die Ansprechzeit beträgt weniger als 5 s; die Nullpunktkonstanz liegt bei ±3%; die 50%-Zeit
(Zeit bis zur Erreichung von 50% des Endwertes) beträgt weniger als 1 Minute.
Hieizu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
1. Elektrochemische Zelle zum Nachweis von Spuren von Stickstoffdioxid in einem Gasgemisch
mit einer polarographischen Einrichtung, bestehend aus Arbeits-,. Bezugs- und Hilfselektrode in einem
organischen Elektrolyten, wobei die Arbeitselektrode eine polarisierbare ionenselektive Elektrode
ist; einem Potentiostaten, der auf die charakteristische Spannung für die Meßkomponente eingestellt
ist; einem Strommeßgerät und Mitteln zur Führung des Gases an die Grenzfläche Arbeitselektrode/Elektrolyt,
dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitselektrode (6) eine katodisch
polarisierte, mit Silberjodid beschichtete Silberelektrode ist und die Hilfselektrode (9) aus Silber besteht
2. Elektrochemische Zelle nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Elektrolyt aus 40 bis 60% Diethylphtalat, 25 bis 35% Propylencarbonat,
15 bis 20% Polyvinylchlorid und Zusätzen zur Erhöhung der Leitfähigkeit und Stabilisierung des
pH-Wertes besteht
3. Elektrochemische Zelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß den Mitteln zur Führung
des Gases eine Kühlstrecke und dieser ein Reaktor mit Katalysatorfüllung vorgeschaltet sind.
4. Verwendung einer elektrochemischen Zelle nach Anspruch 3 zum Nachweis von Acrylnitril.
5. Verwendung einer elektrochemischen Zelle nach Ansprüchen 1 und 2 ztnn Nachweis von Blausäure.
6. Verwendung einer elektrochemischen Zelle nach Anspruch 3 zum Nachweis von Acrylnitril bei
gleichzeitiger Anwesenheit von Blausäure, wobei der Acrylnitril-Anteil aus der Differenz des Meßwertes
und des separat bestimmten Blausäure-Anteils ermittelt wird.
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| US4001103A (en) * | 1974-05-07 | 1977-01-04 | Energetics Science, Inc. | Device for the detection and measurement of NO and NO2 gases |
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| DE2627271C2 (de) | 1976-06-18 | 1983-09-01 | Bayer Ag, 5090 Leverkusen | Elektrochemische Zelle mit einer polarographischen Einrichtung mit ionenselektiver Elektrode als Arbeits- und Bezugselektrode |
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