DE4023130A1

DE4023130A1 - Verfahren zur herstellung einer ionensensitiven arbeitselektrode eines schwermetallionen-sensors

Info

Publication number: DE4023130A1
Application number: DE4023130A
Authority: DE
Inventors: Volker Dr Leonhard; Hartmut Erdmann; Chu Wing Dr Fong; Guido Dr Tschulena
Original assignee: Battelle Institut eV
Current assignee: Battelle Institut eV
Priority date: 1990-07-20
Filing date: 1990-07-20
Publication date: 1992-01-23
Also published as: JPH05504630A; EP0493576A1; US5262205A; WO1992001929A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer ionen sensitiven Arbeitselektrode eines Schwermetallionen-Sensors, die ein Gemenge aus Ag₂S und MeS enthält, wobei Me das zu bestimmende Schwermetall bedeutet.

Zusammen mit einer Meßlösung, die die zu bestimmenden Schwer metallionen enthält und mit einer Referenzelektrode, vorzugsweise einer Ag/AgCl-Referenzelektrode bildet die erwähnte Arbeitselek trode einen Schwermetallionen-Sensor. Das Prinzip dieser Sensoren ist beispielsweise beschrieben in dem Buch von Cammann "Das Ar beiten mit ionensensitiven Elektroden", Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, 1977, dort insbesondere S. 59 bis 66. Der artige konventionelle Arbeitselektroden sind relativ groß. Sie sind auch zerbrechlich, weil ein Glasrohr als Ummantelung ver wendet wird. Insbesondere fällt nachteilig ins Gewicht, daß sie in der Herstellung relativ teuer sind (ca. 200,- bis 800,-DM Kauf-Preis pro Stück). Auch kann mit dem bekannten Sensor nur jeweils ein einziges Schwermetall nachgewiesen werden.

Die DE-OS 36 39 312 beschreibt eine Festkörperelektrode zur Be stimmung von Natriumionenkonzentrationen in Lösungen, die in Dickschichttechnik hergestellt wird. Dabei werden auf ein Sub strat übereinander bzw. nebeneinander die verschiedenen Schich ten aufgebracht, die zusammen die Festkörperelektrode ausbilden. Gegebenenfalls werden die Schichten mit einer Abdeckung versehen, die auch den Zutritt zu der dort vorgesehenen Festelektrolytmem bran freißläßt.

Mit dieser bekannten Festkörperelektrode können aber keine Schwermetallionen nachgewiesen werden. Auch kann nur ein ein ziges Material nachgewiesen werden, nämlich die Konzentration von Natriumionen in Lösungen.

Einen ähnlichen Stand der Technik beschreibt im übrigen die DE-OS 36 39 802, die einen in Dickschichttechnik hergestellten Sensor zur Überwachung von Wasserstoffkonzentrationen in Gasen be schreibt.

Ergänzend sei auch noch auf die GB-21 02 963-A verwiesen, die in mehreren Ausführungsformen eine ionenselektive Elektrode in Film form beschreibt, die eine leitende Schicht und eine darauf laminierte ionenselektive Schicht aufweist, die wenigstens eine Kante der leitenden Schicht abdeckt.

Ausgehend von einem Verfahren mit den eingangs genannten Merk malen liegt daher der Erfindung die Aufgabe zugrunde, dieses so auszugestalten, daß bei einer preisgünstigen Herstellung der Arbeitselektrode unterschiedliche Schwermetalle mit dem Sensor nachgewiesen werden können. Auch soll der Sensor leicht minia turisierbar sein und gut gehandhabt werden können, insbesondere soll er nicht zerbrechlich sein.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung dadurch gekennzeich net, daß auf ein Substrat in Dickschichttechnik mehrere Leiter schichten nebeneinander und darauf mehrere Schichten aus dem Gemenge aus Ag₂S und MeS aufgebracht werden, die sich durch jeweils unterschiedliche Schwermetalle Me voneinander unter scheiden, und darauf wiederum eine Abdeckschicht, die die Leiter schicht vor einer die zu bestimmenden Schwermetallionen enthal tenden Meßlösung schützt und die den Zutritt der Meßlösung zu der Gemengeschicht Ag₂S/MeS ermöglicht.

Durch diese Maßnahmen wird in Dickschichttechnik ein Schwerme tallsensor mit einer homogenen Festkörpermembran-Elektrode auf der Basis von Ag₂S hergestellt, mit der die Konzentration oder Aktivität von Schwermetallionen in Lösungen potentiometrisch be stimmt werden kann.

Durch die verwendete Dickschichttechnik benötigt man keine Glas umhüllung mehr, weil für die Abdeckschicht unzerbrechliche Mate rialien verwendet werden können, vorzugsweise Kunststoff.

Die Dickschichttechnik läßt eine preisgünstige Herstellung der Arbeitselektroden bzw. entsprechend komplettierter Sensoren zu, wobei beim Aufbringen der Gemengeschicht nur darauf zu achten ist, daß diese nebeneinander und voneinander getrennt unter schiedliche der nachzuweisenden Metalle enthält. Alles dies läßt sich in sehr arbeitssparender Weise sehr gut in der verwendeten Dickschichttechnik herstellen.

Für die Leiterschicht wird eine Ag-Schicht bevorzugt.

Unter der Dickschichttechnik sind zu verstehen die Siebdruck technik oder die Foliengießtechnik oder auch Kombinationen beider Techniken.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, aus dem sich weitere wichtige Merkmale ergeben. Es zeigt:

Fig. 1 schematisch einen Schnitt durch eine Arbeitselektrode nach der Erfindung;

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Arbeitselektrode nach Fig. 1.

In Fig. 1 ist ein Substrat 1 gezeigt, auf das eine Ag-Schicht 2 aufgedruckt wird. Auf diese wird wiederum eine Schicht 3 in Dick schichttechnik aufgebracht, die aus einem Gemenge aus Ag₂S und MeS besteht, wobei Me das zu bestimmende Schwermetall bedeutet.

Eine Abdeckschicht 4 bedeckt die Leiterschicht 2 zumindest in dem Bereich, in dem der Sensor in eine Meßlösung eintaucht. Dadurch wird die Ag-Schicht 2 vor der Meßlösung geschützt. Die Abdeck schicht 4 aus Glas oder Kunststoff läßt im Bereich 5 ein Fenster frei, durch die die Meßlösung Zutritt zur Schicht 3 hat.

Fig. 1 zeigt auch noch einen Anschlußleiter 6, über den das Potential abgenommen werden kann.

Fig. 2 macht deutlich, daß bei Beibehaltung des grundsätzlich in Fig. 1 gezeigten Aufbaus nebeneinander mehrere der Gemengeschich ten 3 voneinander getrennt auf die Ag-Schicht 2 aufgebracht sind, nämlich Gemengeschichten 3a, 3b und 3c. Diese unterscheiden sich durch jeweils unterschiedliche Metalle in den Gemengen von einander. Taucht man den - durch eine Referenzelektrode komplet tierten - Sensor in eine Meßlösung ein, so werden diejenigen Schwermetallionen nachgewiesen bzw. die Konzentration der betref fenden Schwermetallionen wird bestimmt, deren Metalle in den Gemengeschichten 3a, 3b bzw. 3c enthalten sind.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer ionensensitiven Ar beitselektrode eines Schwermetallionen-Sensors, die ein Gemenge aus Ag₂S und MeS enthält, wobei Me das zu be stimmende Schwermetall bedeutet, dadurch gekennzeichnet, daß auf ein Substrat (1) in Dickschichttechnik eine Leiterschicht (2) und darauf nebeneinander mehrere Schichten (3, 3a, 3b, 3c) aus dem Gemenge aus Ag₂S und MeS aufgebracht werden, die sich durch jeweils unter schiedliche Schwermetalle Me voneinander unterscheiden, und darauf wiederum eine Abdeckschicht (4), die die Leiterschicht (2) vor einer die zu bestimmenden Schwer metallionen enthaltenden Meßlösung schützt und die den Zutritt der Meßlösung zu der Gemengeschicht Ag₂S/MeS (3) ermöglicht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Leiterschicht (2) eine Ag-Schicht aufgebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Gemengeschicht (3) als Schwermetalle, z. B. Pb oder Cu oder Cd verwendet werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Dickschichttechnik die Siebdrucktechnik und/oder die Foliengießtechnik eingesetzt werden.