DEP0050920DA - Glaselektrode mit geringem elektrischen Widerstand - Google Patents

Description

Es ist bekannt, zur Messung von Potentialen, insbesondere zur Bestimmung der H-Ionenkonzentration, sogenannte "niederohmige" Glaselektroden zu verwenden, welche aus Glassätzen günstiger Zusammensetzung in Form dünner Membranen hergestellt werden. Beispielsweise wird als günstige Zusammensetzung für ein diesem Zweck dienendes Glas angegeben:

72% SiO(sub)2

22% Na(sub)2O

6% CaO

Trotz Auswahl derartiger, günstiger Glaszusammensetzungen ist der Widerstand solcher Elektroden jedoch immer noch verhältnismässig sehr gross, wodurch eben die Notwendigkeit bedingt wird, hauchdünne Glashäutchen anzuwenden. Diese sind aber naturgemäss gegen mechanische Beschädigungen ausserordentlich empfindlich, so dass sie schon durch ein leises Anstossen o.dgl. zertrümmert werden und aus diesem Grund für verschiedene praktische Zwecke nicht zu benützen sind.

Durch die vorliegende Erfindung ist es nun geglückt, diesem Übelstand weitgehend abzuhelfen bzw. die Leitfähigkeit des Glases stark zu erhöhen, sodass entweder die Glasmembran bei gleichem Widerstand erheblich dicker und dementsprechend stabiler angefertigt werden kann, oder bei gleicher Dicke ein wesentlich geringerer Widerstand erhalten wird. Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass man der Glasmasse Elektrizität gut leitende Metalle, besonders Edelmetalle (Platin, Gold), in feiner Zerteilung - vornehmlich in kolloidalem Zustand - zufügt und in der Schmelze gleichmässig verteilt. Die

Glasmasse stellt in diesem System also das Dispersionsmittel dar und das Metall bildet die disperse Phase, wie dies in der Abbildung 1 grob veranschaulicht ist (1 = Glasmasse, 2 = Metallteilchen). Wie hieraus ersichtlich, wird durch die eingelagerten Metallteilchen die Glasmasse in einem gleichen Querschnitt der Membran auf einen Bruchteil reduziert und damit der Widerstand entsprechend verringert. Um andererseits eine Membran von gleichem Widerstand wie ohne Metalleinlagerung zu erhalten, kann der Querschnitt um ein Vielfaches vergrössert und die mechanische Widerstandsfähigkeit dementsprechend erhöht werden. Durch Variation des Metallanteiles und des Dispersitätsgrades des letzteren hat man es in der Hand, den Widerstand pro Flächeneinheit des Querschnittes grösser oder kleiner zu machen.

Zur Ableitung kann die neue Elektrode wie die bisher gebräuchlichen Glaselektroden als Hohlgefäss ausgebildet und mit einer Elektrolytlösung gefüllt werden, in welche eine Metallelektrode eintaucht.

Vorzugsweise wird jedoch nach der Erfindung eine unmittelbare metallische Ableitung benützt. Diese wird dadurch erreicht, dass man an der Ableitungsseite, z.B. durch Behandlung mit Flußsäure, die Glasmasse oberflächlich wegätzt, sodass Metallteilchen frei liegen; diese werden dann durch Quecksilber mit dem Ableitungsdraht in leitende Verbindung gebracht. Die Abbildung 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel: Die erfindungsgemäss durch Einschmelzen von fein verteilten Metallteilchen erhaltene Membran 3 bildet den Boden eines röhrenförmig ausgebildeten Gefässes 4. Auf der Innenseite ist die Membran durch Flußsäure angeätzt, sodass die geschlossene Glasoberfläche zerstört und nahe der Oberfläche gelegene Metallteilchen freigelegt worden sind. Füllt man in die Röhre etwas Quecksilber 5 ein, so steht dieses also mit diesen Metallteilchen in unmittelbarer leitender Verbindung, und die weitere Ableitung kann in bekannter Weise durch einen in das Quecksilber eintauchenden Metall- (z.B. Platin-) draht 6 erfolgen.

Ein anderes Ausführungsbeispiel zeigt die Abbildung 3 (vergrössert): Hier ist ein Metall- (z.B. Platin-) Stift 7 mit einer Haut 8 überzogen, welche aus der erfindungsgemässen, metallhaltigen Glasmasse besteht. Der Überzug kann z.B. durch Eintauchen des Stiftes in die metallhaltige Glasschmelze und Erstarren des anhaftenden Glasmantels nach dem Herausnehmen erhalten werden. Zweckmässig wird in diesem Falle der Platin-Stift vorher elektrolytisch mit einer Zwischenschicht von Platinmohr 9 bedeckt, wodurch eine innigere Verbindung der Glasschmelze mit der Metalloberfläche erreicht und gleichzeitig ein Zersprengen der Glasmembran beim Erstarren vermieden wird, weil durch die Nachgiebigkeit des Platinmohres die Verschiedenheit der thermischen Ausdehnung des Metalles und des Glasflusses bei der Abkühlung ausgeglichen wird.

Derartige Elektroden (wie in den beiden Ausführungsbeispielen beschrieben) wirken im Prinzip gewissermassen wie "kontinuierliche" Wasserstoffelektroden mit sehr niedrigem Wasserstoffdruck. Sie sind, da die dem zu messenden Medium zugekehrte Seite von einer chemisch fast völlig unangreifbaren Oberflächenschicht aus Glas überdeckt ist, praktisch unveränderlich.

Sie lassen sich ausserdem je nach den Verwendungszwecken unschwer in den verschiedensten Ausführungsformen herstellen, z.B. als plattenförmige (Abbildung 4) oder ringförmige (Abbildung 5) Elektroden für Flüssigkeiten oder als nadelförmige Einstichelektroden (Abbildung 6) für plastische bzw. halbfeste Substanzen (Käse, Butter, lebende Organe) oder dergleichen.

Claims (5)

1) Glaselektrode mit geringem elektrischen Widerstand, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasmasse fein verteilte, gutleitende Metalle, vorzugsweise Edelmetalle (Platin, Gold) und diese vorzugsweise in kolloidalem Zustand enthält.

2) Glaselektrode mit geringem elektrischem Widerstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der dem zu untersuchenden Medium abgekehrten Seite die Glasoberfläche (durch Behandlung mit Flußsäure o.dgl.) zerstört ist, derart, dass Metallteilchen der Masse frei an der Oberfläche liegen.

3) Glaselektrode mit geringem elektrischen Widerstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein als Ableitungselektrode dienender Metallteil z.B. durch Eintauchen in die flüssige, metallhaltige Glasschmelze, von einer dünnen Membran aus metallhaltigem Glas umgeben ist.

4) Glaselektrode mit geringem elektrischen Widerstand nach Anspruch 1 bzw. 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ableitungselektrode aus Platin besteht, das von einer Schicht aus Platinmohr als Zwischenschicht zwischen dem festen Metall und der metallhaltigen Glasmembran bedeckt ist.

5) Glaselektrode mit geringem elektrischen Widerstand nach Anspruch 1 bzw. 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass statt des Platins ein anderes Metall und statt der Zwischenschicht aus Platinmohr ein anderer lockerer Überzug Verwendung findet (z.B. festes Gold und ein loser Goldniederschlag auf demselben).