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Verfahren und Vorrichtung zur fortlaufenden Bestimmung der Menge eines
in einer Flüssigkeit gelösten Stoffes Die Erfindung beruht auf dem Faradayschen
Gesetz über die Ausscheidung von Bestandteilen eines Elektrolyten durch den elektrischen
Strom, das besagt, daß die abgeschiedene Menge irgendeines Stoffes von gegebenem
Äquivalentgewicht der durch den Elektrolyten hindurchgegangenen Strommenge proportional
ist. Gemäß der Erfindung wird die zu untersuchende Flüssigkeit durch eine elektrolytische
Zelle mit einer solchen gleichbleibenden Strömungsgeschwindigkeit geleitet, daß
der durch die Zelle fließende Strom während des Durchganges der Flüssigkeit den
zu bestimmendem Bestandteil vollständig ausscheidet oder chemisch verändert. Naturgemäß
muß die angelegte Spannung so niedrig sein, daß nicht noch andere Bestandteile als
- der jeweils zu bestimmende aus der Flüssigkeit ausgeschieden werden.
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An sich ist es zwecks Bestimmung eines Bestandteiles. einer bestimmten
Flüssigkeitsmenge bekannt, denselben mit Hilfe des elektrischen Stromes vollständig
zur Abscheidung zu bringen und die abgeschiedene Menge durch Wägung zu bestimmen.
Im vorliegenden Falle handelt es sich jedoch um die fortlaufende Prüfung einer strömenden
Flüssigkeit, wobei der Meßwert auf elektrischem Wege bestimmt wird. Von den bekannten
Methoden zur fortlaufenden Prüfung strömender Flüssigkeiten durch Messung des elektrischen
Leitvermögens unterscheidet sich das neue Verfahren andererseits darin, daß der
zu bestimmende Bestandteil vollständig abgeschieden oder chemisch verändert und
die hierzu erforderliche Strommenge bestimmt wird.
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Ist der Gehalt der Flüssigkeit an dem zu bestimmenden Bestandteil
gleich Null, so fließt nur noch ein geringer Strom, der Reststrom. Dieser ist häufig
so klein., daß er das Meßergebnis nicht nennenswert zu fälschen vermag. Der durch
den Reststrom entstehende Fehler kann dadurch ausgeglichen werden, daß man die Flüssigkeit
nach Durchtritt durch die elektrolytische Zelle in eine Zelle gleicher Bauart leitet,
an deren Elektroden die gleiche Spannung liegt wie an den Elektroden der ersten
Zelle. Bei diesem Verfahren wird der Unterschied zwischen den beiden durch die Zellen
fließenden Strömen gemessen. Da der zu bestimmende Bestandteil bereits in der ersten
Zelle vollständig aus der Flüssigkeit abgeschieden ist, so fließt durch die zweite
Zelle lediglich der Reststrom, und der am Strommesser abgelesene Wert ist gleich
der Differenz zwischen dem gesamten durch die erste Zelle
fließenden
Strom und dem Reststrom, also genau proportional der Menge des zu bestimmenden Bestandteils.
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Zweckmäßig werden die elektrolytischen Zellen in an sich bekannter
Weise durch ein durchlässiges Diaphragma in zwei Kammern unterteilt, von denen jede
eine der Elektroden enthält. Das Diaphragma verhindert, daß die an der einen Elektrode
ausgeschiedenen Stoffe zur anderen Elektrode hinüber-«-andern. Das hätte nämlich
zur Folge, daß mehr Strom durch die Zelle geht als, abgesehen vom Reststrom, zur
Abscheidung des Bestandteils notwendig ist. Durch den Einbau des Diaphragmas wird
somit die Genauigkeit der Messung erhöht.
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Die Zeichnung veranschaulicht einige Ausführungsbeispiele der Erfindung,
und zwar ist Abb. i ein Längsschnitt durch eine elektrolytische Zelle mit Diaphragma,
Abb. a ein Schnitt nach Linie III-III in Abb. i und Abb. 3 ein ähnlich wie bei Abb.
i geführter Schnitt durch eine Anordnung, bei der zwei Zellen hintereinandergeschaltet
sind.
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Die elektrolytische Zelle nach Abb. i besteht aus einer länglichen
Kammer 6o mit einer flachen porösen Decke 61. Die Kammer 6o ist zweckmäßig als gewöhnliche
poröse Zelle hergestellt, deren Boden- und Seitenwände paraffiniert und mit einem
Auslaß 62 versehen sind. Die poröse Decke 61 ist flach geschliffen. Darauf
liegt eine Elektrode 63, in die ein zickzackförmiger Kanal 64 eingegraben ist, der
in Abb. z zu erkennen ist. An beiden Enden des Kanals 64 sind Ein- und Auslaßrohre
65 und 66 vorgesehen, so daß die Flüssigkeit durch das Rohr 65 eintreten, einen
gewundenen Weg durch die Zelle nehmen und durch das Rohr 66 in den Ausguß fließen
kann. Die zweite Elektrode 67 der Zelle liegt in der Kammer 6o.
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Für die Durchführung des Verfahrens ist die poröse Scheidewand 61
zwischen den beiden Elektroden nicht unbedingt notwendig. Sie ist aber dann zweckmäßig,
wenn die Gefahr besteht, daß die an der einen Elektrode abgeschiedenen Stoffe durch
den Elektrolyten hindurch zur anderen Elektrode wandern und damit das Meßergebnis
fälschen. Würde das Diaphragma fehlen, und würde die erste Elektrode 63 beispielsweise
benutzt werden, um Wasserstoff mit elementarem Chlor oder einem Chloramin zu verbinden,
so würde die zweite Elektrode 67 eine entsprechende Oxydation hervorrufen. Durch
die poröse Wand 61 wird aber verhindert, daß die an der Elektrode 67 gebildeten.
Stoffe rückwärts durch die poröse Wand 61 gehen und sich mit - dem im Kanal 64 fließenden
Flüssigkeitsstrom mischen. Die erste Elektrode 63 wird zweckmäßig aus Blei hergestellt,
besonders wenn die Zelle benutzt werden soll, um einen Bestandteil der sie durchfließenden
Flüssigkeit zu oxydieren oder zu reduzieren. Eine Zelle dieser Art kann auch benutzt
werden, umeinen Bestandteil aus einer Flüssigkeit durch elektrolytischen Niederschlag
zu entfernen, z. B. um Silber oder Kupfer niederzuschlagen.
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Die Durchflußgeschwindigkeit der durch den Kanal 64 strömenden Flüssigkeit
muß so bemessen sein, daß der Strom in jedem Fall den zu bestimmenden Bestandteil
vollständig abscheidet, daß also am Auslaßstutzen Flüssigkeit austritt, die den
betreffenden Bestandteil nicht mehr enthält. Dann ist der durch die Zelle fließende
elektrische Strom ein Maß für die verhältnismäßige Menge des Bestandteils.
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Um den durch den Reststrom entstehenden Fehler auszugleichen, sind
bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. 3 zwei Zellen der in Abb. i dargestellten
Art so miteinander verbunden, daß die Flüssigkeit beide Zellen nacheinander durchströmt.
Die zu untersuchende Flüssigkeit, beispielsweise Wasser mit darin gelöstem Chlor,
wird durch ein Rohr 68 in eine Zelle 69 geleitet. Während des Durchflusses durch
die Zelle 69 wird das Chlor vollständig reduziert und in Salzsäure verwandelt. Die
chemische Veränderung oder Abscheidung ist somit vollzogen, wenn die Flüssigkeit
das Rohr 70 erreicht hat. Dieses führt unmittelbar zum Einlaß einer zweiten Zelle
71, 'aus der das Wasser schließlich durch ein Rohr 72 in den Ausguß geleitet
wird. Zwei einander gleiche Widerstände 73 und 74 sind mit ihrem einen Ende gemeinsam
an den einen Pol einer Batterie 75 angeschlossen, deren zweiter Pol mit den ersten
Elektroden der Zellen 69 und. 71 elektrisch verbunden ist. Die geien Enden der Widerstände
73 und 74 sind je mit einer der zweiten. Elektroden der Zellen 69 und 7 i verbunden.
Zwischen den freien Enden der Widerstände ist ein elektrisches Meßinstrument 76
eingeschaltet, das den Potentialunterschied an den freien Enden der Widerstände
anzeigt. Dieser Potentialunterschied ist aber .ein Maß für die Differenz der durch
die beiden Zellen 69 und 71 fließenden Ströme. Da der Reststrom in beiden Zellen
den gleichen Wert besitzt, so ist die Differenz der Ströme gleich Null, solange
die durchfließende Flüssigkeit den zu bestimmenden Bestandteil nicht enthält. Nimmt
die Menge des Bestandteils einen von Null verschiedenen Wert an, so steigt der durch
die Zelle 69 .fließende Strom auf .einen Wert, der der Summe des Reststromes und
eines' Stromes entspricht, der direkt proportional der verhältnismäßigen
Menge
des Bestandteils ist. Die am Me:ßinstrument 76 mittelbar abgelesene Stromdifferenz
entspricht somit dem zur Abscheidung des Bestandteils jeweils notwendigen Strom,
ist also ein Maß für den Gehalt der Flüssigkeit an dem betreffenden Bestandteil.