DK158680B - ION SELECTIVE POTENTIOMETRIC MILLED CHAIN - Google Patents

ION SELECTIVE POTENTIOMETRIC MILLED CHAIN Download PDF

Info

Publication number
DK158680B
DK158680B DK527181A DK527181A DK158680B DK 158680 B DK158680 B DK 158680B DK 527181 A DK527181 A DK 527181A DK 527181 A DK527181 A DK 527181A DK 158680 B DK158680 B DK 158680B
Authority
DK
Denmark
Prior art keywords
electrode
temperature
potential
redox
ion
Prior art date
Application number
DK527181A
Other languages
Danish (da)
Other versions
DK527181A (en
DK158680C (en
Inventor
Jr James W Ross
Original Assignee
Orion Research Puerto Rico Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Orion Research Puerto Rico Inc filed Critical Orion Research Puerto Rico Inc
Publication of DK527181A publication Critical patent/DK527181A/en
Publication of DK158680B publication Critical patent/DK158680B/en
Application granted granted Critical
Publication of DK158680C publication Critical patent/DK158680C/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/28Electrolytic cell components
    • G01N27/30Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
    • G01N27/36Glass electrodes

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Hybrid Cells (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
  • Pens And Brushes (AREA)

Description

! DK 158680B! DK 158680B

Opfindelsen angår temperaturkompenserede potentiometriske målekæder, som egner sig til systemer til selektiv måling af aktiviteten af bestemte ioner i opløsninger.The invention relates to temperature-compensated potentiometric measurement chains suitable for systems for selectively measuring the activity of particular ions in solutions.

Såkaldte ionselektive potentiometriske elektroder udgør i princippet en halvcelle med en ionselektiv membran, som 5 med mindst en del af dens yderflade kan bringes i kontakt med prøveopløsningen, hvori aktiviteten af den pågældende ionart skal måles. Mindst en del af membranens inderflade er elektrisk ledende forbundet med en ledende tilledning, som på sin side tilsluttes et måleapparat med høj indre 10 modstand. Ved de elektroder, som opfindelsen angår, foregår den elektriske tilkobling af membranen til tilledningen over en indre elektrolytopløsning, som udviser en forud fastsat koncentration eller aktivitet af den pågældende ionart. Tilledningen står typisk i 15 forbindelsen med den indre elektrolytopløsning over et indre Ag/AgCl- eller kalomel-referenceelement, hvorved der ydes et stabilt, godt defineret indre kon- taktpotentialt. Når denne elektrode bringes i kontakt med prøveopløsningen, optræder der ved membranen et elektrisk ΡΠ potential, som afhænger af forskellen mellem ion aktiviteten på de to sider af membranen. Systemet fuldstændiggøres til en målekæde ved at en yderligere halvcelle, som leverer et fast potentiale og tjener som potentiometrisk referenceelektrode, bringes i kontakt med pc prøveopløsningen. Summen af de to halvcellers potentialer kan bestemmes ved, at de to halvceller forbindes i serie med hinanden og med et elektrometer.So-called ion-selective potentiometric electrodes are, in principle, a half-cell with an ion-selective membrane that can be contacted with at least a portion of its outer surface with the sample solution in which the activity of the particular ion species is to be measured. At least part of the inner surface of the diaphragm is electrically conductive connected to a conductive conduit, which in turn is connected to a measuring device with high internal resistance. At the electrodes to which the invention relates, the electrical connection of the membrane to the feed takes place over an internal electrolyte solution which exhibits a predetermined concentration or activity of the particular ion species. Typically, the feed is in communication with the inner electrolyte solution over an internal Ag / AgCl or calomel reference element, thereby providing a stable, well-defined internal contact potential. When this electrode is brought into contact with the sample solution, an electric ΡΠ potential occurs at the membrane, which depends on the difference between the ionic activity on the two sides of the membrane. The system is completed to a measuring chain by contacting an additional half-cell which provides a fixed potential and serves as a potentiometric reference electrode with the PC sample solution. The sum of the potentials of the two half-cells can be determined by connecting the two half-cells in series with each other and with an electrometer.

Membranerne i sådanne ionselektive potentiometriske 30 elektroder består enten af faste eller flydende ion byttere eller neutrale maskeringsmidler; deres anvendelses muligheder er lige så mangfoldige som af de kendte glasmembraner, som hver for sig er selektive for f.eks.The membranes of such ion-selective potentiometric electrodes consist of either solid or liquid ion exchangers or neutral masking agents; their application possibilities are as diverse as the known glass membranes, each of which is selective for e.g.

H+, Na+, K+, af krystallinske, f.eks. af LaF^ bestående, 35 membraner, som er selektive for F , samt af flydende 2H +, Na +, K +, of crystalline, e.g. of LaF ^ consisting of 35 membranes selective for F, and of liquid 2

DK 158680 BDK 158680 B

stoffer, såsom dodecylphosphorsyre, eller antibiotika, som f.eks. Trinactin, som er indesluttet i en porøs inert fast matrix.substances such as dodecylphosphoric acid, or antibiotics such as Trinactin, which is enclosed in a porous inert solid matrix.

5 Svarende til Nernst-ligningen E = k + RT/n x Flnfa^/aj), hvori 10 k = en konstant, RT/n x F = den såkaldte Nernst-faktor, hvor n er valensen af den målte ion (ved 25 °C og 15 n = 1 er faktoren 59,16 mV) a^ = aktiviteten af den målte ion i prøveop løsningen og 20 aj = aktiviteten af den målte ion i den indre elektrolytopløsning, er det potentiometriske målte potentiale E lineært proportionalt med logaritmen af aktiviteten aM af den 25 interesserende ionart, og sædvanligvis over flere størrelsesordener af ionaktiviteten, f.eks. for fluoridioner -5 på omkring 1 M til under ca. 10 M ved måling med en LaFg-elektrode. Stigningen af tilsvarende halvlogaritmisk gengivne kurver er givet ved Nernst-faktoren og ændrer 30 sig derfor temperaturafhængigt. Teoretisk skærer de halvlogaritmisk gengivne kurver for forskellige temperaturer ved en given elektrode hinanden i et enkelt punkt betegnet som isopotentialpunktet. Idealt er de kommercielle pH-elektroder indrettet således, at isopo-35 tentialpunktet ligger tæt på pH-værdien 7; temperaturkompensationskredsene i de kommercielle apparater er bygget således, at der tages hensyn til denne sædvane.5 Corresponding to the Nernst equation E = k + RT / nx Flnfa ^ / aj), where 10 k = a constant, RT / nx F = the so-called Nernst factor, where n is the valence of the measured ion (at 25 ° C and 15 n = 1, the factor is 59.16 mV) a ^ = the activity of the measured ion in the sample solution and 20 aj = the activity of the measured ion in the internal electrolyte solution, the potentiometric measured potential E is linearly proportional to the logarithm of the activity aM of the 25 ionic species of interest, and usually over several orders of magnitude of the ionic activity, e.g. for fluoride ions -5 of about 1 M to below approx. 10 M when measured with a LaFg electrode. The increase of corresponding semi-logarithmically reproduced curves is given by the Nernst factor and therefore changes in temperature dependent. Theoretically, the semi-logarithmically represented curves for different temperatures at a given electrode intersect at a single point referred to as the isopotential point. Ideally, the commercial pH electrodes are arranged such that the isopotential point is close to the pH 7; the temperature compensation circuits in the commercial appliances are designed to take this custom into account.

DK 158680BDK 158680B

3 I praksis afviger de ionselektive elektroders såvel som referenceelektrodernes opførsel dog fra den teoretiske; de forskellige isothermer skærer hinanden inden for et temmelig bredt område og ikke i et enkelt punkt. Disse 5 afvigelser fra ideale forhold kan føres tilbage til to årsager: for det første til den tid der er nødvendig til opnåelse af temperaturligevægten og for det andet til ikke-linieariteten af temperatur/EMK-karakteristikken henholdsvis af isothermerne.3 In practice, however, the behavior of the ion-selective electrodes as well as the reference electrodes differs from the theoretical one; the different isotherms intersect within a fairly wide range and not at a single point. These 5 deviations from ideal conditions can be traced back to two causes: first, to the time needed to obtain the temperature equilibrium, and second, to the non-linearity of the temperature / ECH characteristic of the isotherms, respectively.

10 I den ovenfor angivne Nernst-ligning står det andet udtryk RT/n x Flnia^/a-j.) for potentialforøgelsen på grund af den ionselektive membran.10 In the above Nernst equation, the second term RT / n x Flnia ^ / a-j.) Accounts for the potential increase due to the ion-selective membrane.

15 Konstanten k står for summen af alle andre poten tialkilder i den pågældende målekæde, inklusive det eksterne referenceelektrodepotentiale, det interne referenceelektrodepotentiale, væskegrænselagspotentialet og det termiske potentiale i opløsninger, som er i 20 berøring med referenceelementerne. Potentiale/aktivitets-kurver for forskellige temperaturer skærer derfor kun hinanden i et isopotentialpunkt, når summen af alle i udtrykket k indeholdte potentialer udgør en lineær funktion af temperaturen, og a.j. ikke er temperatur-25 afhængig. Disse betingelser opfyldes imidlertid ikke entydigt af de kendte målesystemer.The constant k represents the sum of all other potential sources in the measurement range in question, including the external reference electrode potential, the internal reference electrode potential, the liquid boundary layer potential, and the thermal potential in solutions which are in contact with the reference elements. Therefore, potential / activity curves for different temperatures intersect at an isopotential point only when the sum of all potentials contained in the term k constitutes a linear function of temperature, and a.j. is not temperature-dependent. However, these conditions are not unequivocally met by the known measurement systems.

Til problemet med temperaturligevægtsindstillingen kan konstateres følgende: når et elektrodepar, som danner en 30 potentiometrisk målekæde, pludselig neddykkes i en prøveopløsning af afvigende temperatur, går der en betragtelig tid, indtil alle elektrodernes bygningsdele har antaget den nye temperatur. Dette tidsrum afhænger af elektrodekonstruktionen, omgivelsernes temperatur og 35 temperaturfaldet. Ved en typisk kommerciel pH-elek- trodekombination, som f.eks. er udsat for en temperaturændring på 10-20 °C, kan der f.eks. gå 5-10The problem of the temperature equilibrium adjustment can be found as follows: when an electrode pair forming a potentiometric measuring chain is suddenly immersed in a sample solution of aberrant temperature, a considerable time passes until all the components of the electrodes have assumed the new temperature. This period depends on the electrode construction, the ambient temperature and the temperature drop. In a typical commercial pH electrode combination, e.g. are subjected to a temperature change of 10-20 ° C, e.g. go 5-10

DK 158680BDK 158680B

4 minutter, før det interne temperaturfald er sunket til nogle tiendedele grad eller mindre. Under den tid, der er nødvendig til opnåelse af temperaturligevægten, ændrer det målte potentiale sig. Dette problem forstærkes endnu 5 mere på grund af anvendelsen af interne referenceelementer i referenceelektroden samt i den ionselektive måleelektrode, hvor begge referenceelementer beror på mættede opløsninger af tungtopløselige salte (f.eks. Ag/AgCl). Sådanne referenceelementer har en 10 "temperaturhysterese", fordi der på grund af de tungtopløselige saltes lave opløsnings- og udfældningshastighed ved siden af den til indstilling af den nye temperatur nødvendige tid også går en betragtelig tid indtil opnåelse af en kemisk ligevægtstilstand. Den 15 langsomme indstilling af den kemiske ligevægt ved temperaturændring er hovedfaktoren, som øver indflydelse på iT:r* elektrodedriften og dermed bestemmer målenøjagtigheden og gør hyppige efterreguleringer nødvendige.4 minutes before the internal temperature drop has dropped to a few tenths of a degree or less. During the time needed to achieve the temperature equilibrium, the measured potential changes. This problem is compounded even more by the use of internal reference elements in the reference electrode as well as in the ion-selective measuring electrode, where both reference elements depend on saturated solutions of highly soluble salts (eg Ag / AgCl). Such reference elements have a "temperature hysteresis" because, due to the low dissolution and precipitation rate of the heavily-soluble salts, there is also considerable time to attain a chemical equilibrium state alongside the new temperature setting. The slow adjustment of the chemical equilibrium in temperature change is the main factor that influences the iT: r * electrode operation and thus determines the measurement accuracy and makes frequent re-adjustments necessary.

20 Hvis man venter længe nok (i mange tilfælde i time- eller dagevis), kan den kemiske og den termiske ligevægt indstille sig ved de kendte kommercielle elektroder, hvorpå der kan opnås reproducerbare pålidelige data; men disse betingelser kan ikke altid opfyldes ved fast-tids-25 målinger eller procesregulering og er derfor ikke anvendelige i praksis.If one waits long enough (in many cases for hours or days), the chemical and thermal equilibrium can settle at the known commercial electrodes upon which reproducible reliable data can be obtained; but these conditions may not always be met by fixed-time measurements or process control and are therefore not applicable in practice.

Fra US patentskrift nr. 3 445 363 kendes en glas- elektrode-målekæde, ved hvilken alle isothermer skærer 30 hinanden i det samme punkt, fortrinsvis i nærheden af pH-værdien 7 og ved målekædepotentialets elektriske nulpunkt. Til dette formål indeholder den indre elektro-lytopløsning en puffer af en mono- eller polybasisk syre, såsom p-nitrophenol, en mono- eller polyvalent base, 35 såsom morpholin, og en leverandør af mindst én af de ionarter, som bestemmer potentialet af det interne referenceelement, som er i berøring med pufferen, i etUS Patent No. 3,445,363 discloses a glass electrode measuring chain in which all isotherms intersect at the same point, preferably in the vicinity of pH 7 and at the electrical zero of the measuring chain potential. For this purpose, the inner electrolyte solution contains a buffer of a mono- or polybasic acid, such as p-nitrophenol, a mono- or polyvalent base, such as morpholine, and a supplier of at least one of the ionic species which determines the potential of it. internal reference element which is in contact with the buffer in one

DK 158680BDK 158680B

5 opløsningsmiddel, såsom vand eller glycerol. Det interne referenceelement udgøres af et sædvanligt metal/-metalsalt-element, f.eks. et Ag/AgCl- eller Hg/Hg2Cl2-referenceelement.5, such as water or glycerol. The internal reference element is constituted by a conventional metal / metal salt element, e.g. an Ag / AgCl or Hg / Hg2Cl2 reference element.

55

Ved egnet valg af pufferen anvendes temperaturafhængigheden af den pågældende pH-værdi til kompensation af de øvrige temperaturafhængigheder. På intet sted i dette trykskrift findes nogen henvisning til, at der her-10 til også kunne anvendes specielle opløselige redox-systemer, og det uden at måtte anvende referenceelementer af 2. art.When appropriate selection of the buffer, the temperature dependence of the relevant pH value is used to compensate for the other temperature dependencies. Nowhere in this print is there any reference to the fact that specially soluble redox systems could be used for this purpose, and without the need for reference elements of the second kind.

Opfindelsens formål er derfor til forbedring af de 15 tidligere kendte beslægtede ionselektive potentiometriske målesystemer af angive en potentiometrisk målekæde, hvormed de ulemper, som er forbundet med anvendelsen af interne referenceelementer af 2. art, såsom Ag/AgCl, undgås, og som ved høj temperaturuafhængighed af EMK-20 værdien inden for et bredt temperaturområde samtidig udviser høj påvirkningshastighed og langtidsstabilitet, også ved måleværdier i submillivoltområdet, på grund af højere indstillingshastighed af den termiske og kemiske ligevægt end hidtidige elektroder af denne type.The object of the invention is therefore to improve the prior art related ion-selective potentiometric measurement systems by specifying a potentiometric measurement chain which avoids the disadvantages associated with the use of second-type internal reference elements, such as Ag / AgCl, and which at high temperature independence of the EMK-20 value within a wide temperature range at the same time exhibits high impact velocity and long-term stability, even at measured values in the submillivolt range, due to higher setting speed of the thermal and chemical equilibrium than previous electrodes of this type.

2525

Denne potentiometriske målekæde skal endvidere være regulerbar ved fremstillingen og anvendelig uden temperaturkompensationskredse. Den skal endelig også have en simpel opbygning og kunne fremstilles til en gunstig 30 pris.This potentiometric measuring chain must also be adjustable during manufacture and usable without temperature compensation circuits. Finally, it must also have a simple structure and be manufactured at a favorable price of 30.

Dette opnås med en målekæde, som er ejendommelig ved det i kravets kendetegnende del anførte.This is achieved with a measuring chain, which is peculiar to the characterizing part of the claim.

35 I H.Ebert, 'Elektrochemie kurz und Biindig', Vogel-Verlag, 1972, Kapitel 2.8.4, side 87-95 er grundtyperne af sædvanlige potentiometriske måle- og referenceelektroder 635 In H.Ebert, 'Electrochemistry kurz und Biindig', Vogel-Verlag, 1972, Chapter 2.8.4, pages 87-95 are the basic types of conventional potentiometric measuring and reference electrodes 6

DK 158680 BDK 158680 B

og deres funktion og potentialeforhold beskrevet i enkeltheder. På side 89, højre spalte, første afsnit, er anført, at alle elektrokemiske reaktioner er redox-processer. Begrebet redoxpotentialer kan imidlertid kun 5 anvendes for halvelementer eller deraf opbyggede målekæder, hvis potentiale beror på flytning af ioner af et og samme element, altså på stoffer, som kan optræde i flere oxidationstrin eller valenser. Som eksempel på sådanne redoxsystemer kan nævnes 10 Sn4+/Sn2,[Co(CNg]^-/[Co(CNg]4-, reversible organiske redoxsystemer, såsom vitamin K, pyocyaniner og flaviner, organiske redoxkatalysatorer, såsom cytochrom, flavin-enzymer, katalaser, kobberproteider, peroxidaser og pyridinenzymer, chinhydronelektroden samt antimon- og 15 bismutelektroden, som tilsvarende bygger på ioner eller forbindelser, som- foreligger i flere oxidationstrin og kan overføres reversibelt i disse.and their function and potential relationships described in detail. On page 89, right column, first paragraph, states that all electrochemical reactions are redox processes. However, the concept of redox potentials can only be used for semiconductors or measurement chains built up, the potential of which depends on the movement of ions of one and the same element, ie on substances which can occur in several oxidation steps or valences. Examples of such redox systems include 10 Sn4 + / Sn2, [Co (CNg] + - / [Co (CNg) 4-, reversible organic redox systems such as vitamin K, pyocyanins and flavins, organic redox catalysts such as cytochrome, flavin enzymes, catalases, copper proteins, peroxidases and pyridine enzymes, the chinhydron electrode, and the antimony and bismuth electrode, which are similarly based on ions or compounds present in several oxidation steps and can be reversibly transferred therein.

Af side 89, højre spalte, 2. afsnit i dette trykskrift 20 kan endvidere- udledes, at der ved redoxelektroder i stedet for en elektrode af det samme metal kan anvendes ioner af dette opløst i den omgivende elektrolyt, altså i stedet for en elektrode af den reducerede form af redoxparret kan anvendes platin eller et andet 25 fremmedmetal. I dette tilfælde deltager imidlertid platinet eller fremmed metallet ikke selv i redoxreaktionen, da det ikke ioniseres under elektronafgivelse. Elektroden er altså - i modsætning til f.eks. Ag/AgCl-elektroden med Ag-afledning - ikke del af det på 30 flytning beroende redoxsystem, men tjener kun til ren potentialeafledning. Et typisk eksempel herpå er den på side 90, venstre spalte, midten, i dette trykskrift belyste quinhydronelektrode, ved hvilken de to komponenter af redoxsysternet, de af quinhydron dannede for-35 bindeiser quinon og hydroquinon foreligger i elektro- lytopløsningen, og der til potentialeafledning er anbragt en platintråd.Furthermore, from page 89, right column, second paragraph of this publication 20 it can be deduced that ions of this dissolved in the surrounding electrolyte can be used instead of an electrode of redox electrodes instead of an electrode of the same metal. the reduced form of the redox pair may be used platinum or another foreign metal. In this case, however, the platinum or foreign metal does not even participate in the redox reaction as it is not ionized during electron release. The electrode is thus - unlike e.g. Ag / AgCl electrode with Ag lead - not part of the redox-dependent 30-relay system, but only for pure potential lead. A typical example of this is the quinhydron electrode illustrated on page 90, left column, the middle, in which the two components of the redox system, the quinhydron-formed quinone and hydroquinone compounds are present in the electrolyte solution and there for potential derivation is placed a platinum wire.

77

DK 158680 BDK 158680 B

En i et redoxsystem neddykket platintråd er i øvrigt ikke generelt brugbar som referenceelektrode, fordi der alt efter det valgte redoxsysten fås meget lange potentialeindstillingstider, og der kan optræde målefejl på op 5 til ± 25 mV. Af denne grund anvendes som reference elementer indenfor teknikkens stade hidtil uden undtagelse referenceelementer af 2. art, dvs. elektrodesystemer, hvis potentiale indirekte afhænger af koncentrationen af ionerne af deres elektrolytter, som stammer fra et som 10 bundmateriale foreliggende tungt opløseligt stof.Moreover, a platinum wire immersed in a redox system is not generally useful as a reference electrode, because depending on the redox system chosen, very long potential setting times are obtained and measurement errors of up to 5 to ± 25 mV can occur. For this reason, reference elements within the state of the art so far are used without exception reference elements of the second kind, ie. electrode systems whose potential depends indirectly on the concentration of the ions of their electrolytes, which originates from a heavy soluble substance present as a bottom material.

Elektroder eller referenceelementer af 2. art kan fremstilles med mere end tre størrelsesordener bedre reproducerbarhed i μV-området og udviser et på fire decimaler nøjagtigt potentiale (jvf. også H.Ebert, ovenfor, side 15 92, venstre spalte, 2. afsnit).Electrodes or reference elements of the second kind can be produced with more than three orders of magnitude better reproducibility in the µV range and exhibit an accurate potential of four decimal places (see also H.Ebert, above, page 15 92, left column, second section).

Iodid/triodid-elektroden er endvidere beskrevet i K.J.Vetter 'Elektrochemische Kinetik', Springer-Verlag, 1961, side 370-374. Ved denne publikation drejer det sig 20 om en rent videnskabelig monografi over kinetikken af elektrodereaktioner, som inddrages til opklaring af reaktionsmekanismer. Temperaturafhængigheden af sådanne elektroders redoxpotentiale er lige så lidt nævnt i dette trykskrift som betydningen af udvekslingsstrømtætheden 25 for påvirkningsforholdet af elektroder, således at fagmanden af denne kendte teknik ikke kunne vinde nogen information om en eventuel egnethed af systemet iodid-triodid til redoxelektroder.The iodide / triodide electrode is also described in K. J. Vetter 'Electrochemical Kinetics', Springer-Verlag, 1961, pages 370-374. In this publication, 20 is a purely scientific monograph on the kinetics of electrode reactions, which are involved in the elucidation of reaction mechanisms. The temperature dependence of the redox potential of such electrodes is as little mentioned in this publication as the importance of the interchange current density 25 for the influence ratio of electrodes, so that one of ordinary skill in the art would not be able to obtain any information on the suitability of the system iodide triodide for redox electrodes.

30 DE fremlæggelsesskrift nr. 1 297 359 angår en elek trokemisk målekæde til potentiometrisk bestemmelse af ionkoncentrationer og især til måling, der både som måleelektrode og som referenceelektrode har en glaselektrode, idet den glaselektrode, der tjener som reference-35 elektrode, udviser en ringere stejlhed i forhold til måleelektroden. Denne kendte teknik går ud fra den opgave at undgå hovedforstyrrelseskilden for elektrokemiske kæDE presenting specification No. 1,297,359 relates to an electrochemical measuring chain for potentiometric determination of ion concentrations and in particular to measurement having both a measuring electrode and a reference electrode, the glass electrode serving as a reference electrode exhibiting an inferior steepness in relation to the measuring electrode. This prior art assumes the task of avoiding the main source of disturbance for electrochemical chains

DK 158680BDK 158680B

8 der med overførsel, nemlig diffusionspotentialet. Problemet med temperaturafhængigheden for sådanne elektroders potentiale eller en temperaturkompensation af EMK-værdien er ikke omtalt i dette trykskrift.8 there with transfer, namely the diffusion potential. The problem of the temperature dependence of the potential of such electrodes or a temperature compensation of the ECHR value is not discussed in this publication.

55

Opfindelsen belyses i det følgende med henvisning til tegningen, som viser: fig. 1: et skematisk tværsnit igennem en potentiometrisk 10 målekæde ifølge opfindelsen, fig. 2: et skematisk længdesnit af målekæden i fig. 1 langs linien 2-2, 15 fig. 3: en idealiseret grafisk gengivelse af potentia-le/tids-kurven ved temperaturændringer hos en typisk kendt membranelektrode, fig. 4: en grafisk gengivelse af potentiale/tids-kurven 20 ved temperaturændringer for målekæden ifølge opfindelsn, fig. 5: en grafisk gengivelse af afhængigheden af kontaktpotentialet for en række koncentrationer og mængdeforhold ved redoxparret iodid/triodid, 25 fig. 6: en grafisk gengivelse af spændings/temperatur-kurverne for efter hinanden afstemte kombinationer af puffer/redoxpar og 30 fig. 7: en grafisk gengivelse af temperaturkoefficenten for en pufferopløsning samt temperaturafhængigheden af den med en elektrodeanordning ifølge opfindelsen og med en kendt elektrodeanordning målte pH-værdi.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1: a schematic cross section through a potentiometric measuring chain according to the invention; FIG. 2: a schematic longitudinal section of the measuring chain of FIG. 1 along line 2-2, FIG. 3: an idealized graphical representation of the potential / time curve of temperature changes of a typically known membrane electrode; FIG. 4: a graphical representation of the potential / time curve 20 for temperature changes of the measuring chain according to the invention; FIG. 5: a graphical representation of the dependence on the contact potential for a number of concentrations and proportions of redox-paired iodide / triodide; FIG. 6: a graphical representation of the voltage / temperature curves for consecutive buffer / redox pairs and FIG. 7: a graphical representation of the temperature coefficient of a buffer solution and the temperature dependence of the pH value measured with an electrode device according to the invention and with a known electrode device.

35 Den potentiometriske målekæde ifølge opfindelsen omfatter en måle- og en referericeelektrode, som hver omfatter et hus med en indre elektrolytopløsning, som elektrisk er 9The potentiometric measuring chain according to the invention comprises a measuring and a reference electrode, each comprising a housing with an electrolyte internal solution which is electrically 9

DK 158680 BDK 158680 B

tilsluttet en tilledning for den ydre tilslutning af elektroden til et måleapparat. Elektrolytten, som fortrinsvis ikke reagerer med prøveopløsningen, indeholder ifølge opfindelsen et termodynamisk reversibelt redoxpar 5 med høj udvekslingsstrømtæthed. Tilledningen består af platin, som står i direkte berøring med elektrolytten og er inert over for denne. Udtrykket "potentiometrisk måleklæde” skal henføre til alle til elektrokemiske målinger anvendte målekæder af den pågældende type og 10 inkluderer især målekæder med ionfølsomme måleelektroder.connected a lead for the external connection of the electrode to a measuring device. The electrolyte, which preferably does not react with the sample solution, according to the invention contains a thermodynamically reversible redox pair 5 with high exchange current density. The charge consists of platinum, which is in direct contact with the electrolyte and is inert to it. The term "potentiometric measuring cloth" shall refer to all measuring chains used for electrochemical measurements of the type in question and, in particular, include measuring chains with ion-sensitive measuring electrodes.

Udtrykket "redoxpar" henfører til et system, som på grund af forskellige valenstrin af et givet element eller en forbindelse indeholder såvel oxiderede som reducerede 15 trin, hvorved disse trin står i en reversibel termo dynamisk ligevægt, dvs. hvert trin kan ud fra en eller anden ligevægtsstørrelse ved en uendeligt lille ændring af potentialet omdannes til det andet trin. Herved får et inert metal, som befinder sig i kontakt med elek-20 trolyttens redoxsystem, i afhængighed af de to fore liggende trins aktivitetsforhold et bestemt defineret og reproducerbart potentiale.The term "redox pair" refers to a system which, due to various valence steps of a given element or compound, contains both oxidized and reduced steps, these steps being in a reversible thermo-dynamic equilibrium, ie. each step can be transformed into the second stage from an infinitely small change of potential by an infinitely small change in potential. Hereby, an inert metal which is in contact with the redox system of the electrolyte has a defined and reproducible potential, depending on the activity conditions of the two stages.

Fig. 1 og 2 anskueliggør en potentiometrisk målekæde 20 25 ifølge opfindelsen. Den omfatter en målecelle 21 med et hus i form af en aflang rørformet beholder 22, som typisk består af et for væske ugennemtrængeligt, i det væsentlige mekanisk fast, elektrisk isolerende materiale, f.eks. af et af de kendte højmolekylære polymerisater 30 eller glas, som i det væsentlige er kemisk inert over for elektrolytten.FIG. 1 and 2 illustrate a potentiometric measuring chain 25 of the invention. It comprises a measuring cell 21 with a housing in the form of an elongated tubular container 22, which typically consists of a liquid impervious, essentially mechanically solid, electrically insulating material, e.g. of one of the known high molecular weight polymerisates 30 or glass which is substantially chemically inert to the electrolyte.

Enden af beholderen 22 er lukket med en membran 24, som typisk har form af en kugle og består af et ionfølsomt 35 materiale. Ved udførelsesformen ifølge fig. 1 og 2, der tjener som eksempel, er membranen 24 en pH-membran; den kan imidlertid også bestå af forskellige andre i sig selvThe end of the container 22 is closed with a membrane 24, which is typically in the form of a sphere and consists of an ion-sensitive material. In the embodiment of FIG. 1 and 2, which serve as an example, membrane 24 is a pH membrane; however, it may also consist of various others per se

DK 158680BDK 158680B

10 kendte materialer, som hver for sig er følsomme for en bestemt ionart. Foretrukne mål samt form og styrke af membranen 24 er nærliggende for fagmanden og afhænger af arten af det materiale, hvoraf membranen er fremstillet.10 known materials, each of which is sensitive to a particular ion species. Preferred dimensions as well as the shape and strength of the membrane 24 are obvious to those skilled in the art and depend on the nature of the material from which the membrane is made.

5 Den tætte forbindelse mellem membranen 24 og enden af beholderen 22 afhænger ligeledes af materialet og af den dertil anvendte, i sig selv kendte fremgangsmåde.5 The close connection between the membrane 24 and the end of the container 22 also depends on the material and the method known per se.

Potentiometriske elektroder af denne art indeholder, som 10 i sig selv kendt, typisk en ionledningsdygtig indre elektrolyt, som er elektrisk tilsluttet til en ydre tilledning. Målekæden 20 indeholder f.eks. i beholderen 22 en elektrolytopløsning 26 af f.eks. en phosphatpuffer (f.eks. en opløsning med 0,05 mol/1 Nal^PO^ og 0,05 mol/1 15 ^2^0^) til fastlæggelse af hydrogenionernes aktivitet, dvs. af pH-værdien, og et bestemt redoxpar, som skal beskrives nærmere. Elektrolytten kan derved også foreligge som gel eller sol. Elektrolytopløsningen 26 er i direkte fysisk og elektrisk kontakt med mindst en ende 20 af tilledningen 28.Potentiometric electrodes of this kind, as is known per se, typically contain an ion conductive internal electrolyte electrically connected to an external conductor. The measuring chain 20 contains e.g. in the container 22 an electrolyte solution 26 of e.g. a phosphate buffer (e.g., a solution of 0.05 mol / l Na 2 PO 2 and 0.05 mol / l 15 ^ 2 ^ 0 ^) to determine the activity of the hydrogen ions, i.e. of the pH value, and a particular redox pair to be described in more detail. The electrolyte can thereby also be present as gel or sol. The electrolyte solution 26 is in direct physical and electrical contact with at least one end 20 of the conduit 28.

Kombinationen af elektrolytopløsningen 26 og tilledningen 28 tjener til elektrisk tilslutning af elektroden udadtil under samtidig opretholdelse af stabilt indre potentiale, 25 som stammer fra de forskellige tilslutninger henholdsvis overgange mellem de forskellige materialer, som er i kontakt med hinanden i elektrodekonstruktionen. Den ovenfor beskrevne måleelektrode er en ionfølsom elektrode, som adskiller sig fra sædvanlige ionfølsomme 30 membranelektroder ved det til elektrolytten tilføjede redoxpar. I modsætning til de kendte pH-elektrode-anordninger er den indre elektrolytopløsning 26 imidlertid heller ikke tilsluttet elektrolytopløsningen over et internt standard- referenceelement, som den sædvanlige 35 Ag/AgCl-elektrode, men derimod direkte over tilledningen 28 af platin, som har en høj elektrisk ledningsevne og er kemisk inert over for elektrolytten. 1 en foretrukken 11The combination of the electrolyte solution 26 and the conduit 28 serves to electrically connect the electrode externally while maintaining stable internal potential 25 arising from the various connections or transitions between the various materials in contact with each other in the electrode structure. The measurement electrode described above is an ion-sensitive electrode which differs from the usual ion-sensitive membrane electrodes at the redox pair added to the electrolyte. However, unlike the known pH electrode devices, the inner electrolyte solution 26 is also not connected to the electrolyte solution over an internal standard reference element, such as the usual 35 Ag / AgCl electrode, but directly over the platinum 28 which has a high electrical conductivity and is chemically inert to the electrolyte. 1 a preferred 11

DK 158680 BDK 158680 B

udførelsesform består tilledningen 28 blot af en platintråd.In embodiment, the conduit 28 merely consists of a platinum wire.

Den ifølge opfindelsen anvendte elektrolytopløsning 26 5 indeholder nødvendigvis et redoxpar med en relativt høj "6 2 udvekslingsstrømtæthed på omkring 1 x 10- A/cm eller mere. Udvekslingsstrømmen er som bekendt en kinetisk egenskab hos redoxpar; den udgør et mål for reversibiliteten af redoxparrets reversible reaktion. Ifølge 10 opfindelsen anvendes redoxparret iodid/triiodid (31 ->1^ + 2e ).The electrolyte solution 265 used in accordance with the invention necessarily contains a redox pair having a relatively high exchange current density of about 1 x 10- 10 A / cm or more. The exchange current is as known a kinetic property of redox pairs; it is a measure of the reversibility of the redox pairs reversible According to the invention, the redox-paired iodide / triiodide (31 -> 1 + + 2e) is used.

15 Som bekendt frembringer et praktisk taget inert elektrisk ledende materiale, såsom platin eller et lignende ædelt metal, i kontakt med en opløsning indeholdende såvel den oxiderede som den reducerede form af redoxparret et givet og reproducerbart kontaktpotentiale. Ved en temperatur-20 ændring af opløsningen undergår ligevægtstilstanden mel lem den reducerede og den oxiderede form af redoxparret en hurtig forskydning under frembringelse af et nyt potentiale, som samtidig med opnåelsen af den nye ligevægtstilstand antager en given reproducerbar størrel-25 se. Da intet materiale af tilledningen behøver at opløses eller udfældes, foregår ændringen af potentialet meget hurtigt, nemlig indenfor sekunder eller mindre. Fortrinsvis har redoxparret i elektrolytopløsningen en meget lav temperaturkoefficent for redoxpotentialet, således at 30 problemet med den langsomme overgang til tempera turligevægtstilstanden herved overvindes. Et eksempel på et gunstigt egnet redoxpar er iodid/triiodid med f.eks.As is well known, a practically inert electrically conductive material, such as platinum or a similar precious metal, contacts a solution containing both the oxidized and the reduced form of the redox pair with a given and reproducible contact potential. At a temperature change of the solution, the equilibrium state between the reduced and the oxidized form of the redox pair undergoes rapid displacement to produce a new potential which, while achieving the new equilibrium state, assumes a given reproducible magnitude. Since no material of the feed needs to be dissolved or precipitated, the change of potential takes place very quickly, namely within seconds or less. Preferably, the redox pair in the electrolyte solution has a very low temperature coefficient for the redox potential, thus overcoming the problem of the slow transition to the temperature equilibrium state. An example of a favorable suitable redox pair is iodide / triiodide having e.g.

I" i en koncentration på 5,68 mol/1 og IQ~ i en kon- -2 ^ centration på 3,6 x 10 mol/1. Ved anvendelse af et 35 sådant system har temperaturændringer af elektrode anordningens bygningsdele, inklusive den indre elektrolyt eller den prøveopløsning, som skal måles, ingen relevant 12I at a concentration of 5.68 mol / l and IQ at a concentration of 3.6 x 10 mol / l. Using such a system, temperature changes of the electrode have component parts of the device, including the interior electrolyte or sample solution to be measured, none relevant 12

DK 158680 BDK 158680 B

indflydelse på cellepotentialet, således at der også før opnåelse af temperaturligevægtstilstanden kan måles nøjagtige og reproducerbare cellepotentialer.influence on the cell potential so that accurate and reproducible cell potentials can be measured even before reaching the equilibrium state.

5 Den beskrevne målecelle 21 i elektrodeanordningen i fig.5 The measurement cell 21 described in the electrode assembly of FIG.

1 og 2 kan skematisk gengives som følger:1 and 2 can be schematically reproduced as follows:

Pt/elektrolyt; I ”, Ig ” /glas/prøveopløsning.Pt / electrolyte; In ", Ig" / glass / sample solution.

10 Den anden halvcelle, som udgør referenceelektroden, kan gengives som følger: prøveopløsning/elektrolyt;I ,I^'/Pt.The second half-cell, which is the reference electrode, can be reproduced as follows: sample solution / electrolyte;

15 Den elektrodeanordning, der er gengivet som eksempel i fig. 1 og 2, omfatter en referenceelektrode 29, som har et hus i form af en aflang rørformet beholder 30, typisk af et væskeugennemtrængeligt, i det væsentlige mekanisk fast, elektrisk isolerende materiale, fortrinsvis af det 20 samme materiale som beholderen 22. Beholderen 30 har for enden en åbning forsynet med en i sig selv kendt, som fibervæge udformet diffusionsstrækning 32. Denne diffusionsstrækning kan imidlertid på i sig selv kendt måde også være en porøs fritte, en væskelækkende tætning eller 25 et porøst polymerisat. Diffusionsstrækningen 32 skal danne en fri diffusionsstrækning for en elektrolytstrømning mellem beholderens 30 inder- og yderside. I beholderen 30 er anbragt en indre elektrolytopløsning 34, som typisk kan bestå af en vilkårlig egnet fylde-30 opløsning, såsom 3,5 mol/1 KC1. Den udgør en ionkilde med tilsvarende ledningsevne og indeholder ifølge opfindelsen nødvendigvis det valgte termodynamisk reversible redoxpar iodid/triiodid med den nødvendige udvekslingsstrømtæthed, ligesom elektrolytopløsningen 26. I referenceelektroden 35 29 kræves ingen puffer i elektrolytten.15 The electrode arrangement illustrated by way of example in FIG. 1 and 2, a reference electrode 29 comprises a housing in the form of an elongated tubular container 30, typically of a liquid impervious, substantially mechanically solid, electrically insulating material, preferably of the same material as the container 22. The container 30 has for example, an aperture provided with a diffusion stretch known per se, known as fiber wall 32. However, this diffusion stretch may in a manner known per se also be a porous frit, a liquid-leaking seal or a porous polymer. The diffusion line 32 is to form a free diffusion line for an electrolyte flow between the inner and outer sides of the container 30. An inner electrolyte solution 34, which can typically consist of any suitable filling solution, such as 3.5 mol / l KCl, is provided in the container 30. It constitutes an ion source of similar conductivity and, according to the invention, necessarily contains the selected thermodynamically reversible redox pair iodide / triiodide with the required exchange current density, as does the electrolyte solution 26. In the reference electrode 35 29, no buffer is required in the electrolyte.

DK 158680 BDK 158680 B

1313

Endelig indeholder referenceelektroden 29 som elektrisk ledende, over for elektrolytopløsningen 34 kemisk inert tilledning 36 en platintråd, som er i fysisk kontakt med elektrolytopløsningen 34.Finally, the reference electrode 29 as electrically conductive, to the chemically inert conduit 36 to the electrolyte solution 34 contains a platinum wire which is in physical contact with the electrolyte solution 34.

5 Måleelektroden 21 og referenceelektroden 29 er sammenbygget i en integreret konstruktion. Ifølge fig. 1 og 2 er der til dette formål anbragt et tredje hus 38 som omslutter beholderne 22 og 30 og fortrinsvis er tætnet 10 omkring beholderen 22 eller sammensvejset med denne umiddelbart oven over forbindelsen mellem beholderen 22 og membranen 24. Huset 38 er fortrinsvis ligeledes fyldt med en elektrolytopløsning 40, f.eks. en 3,5 mol/1 KC1-opløsning, som er forligelig med elektrolytopløsningen 15 34, og hvorfra der over diffusions strækningen 32 kan foregå en diffusion til elektrolytopløsningen 34. Til komplettering af målekæden og til opnåelse af en ionledende strækning mellem referenceelektroden 29 og en prøveopløsning, som befinder sig i kontakt med ydersiden 20 af membranen 24, er anbragt en anden indsnævret strømningsforbindelse 42 i fom af en lille åbning i den ene væg af huset 38, fortrinsvis tæt ved siden af membranen 24.5 The measuring electrode 21 and the reference electrode 29 are integrated into an integrated structure. According to FIG. 1 and 2, for this purpose, a third housing 38 is provided which encloses the containers 22 and 30 and is preferably sealed 10 around the container 22 or welded thereto immediately above the connection between the container 22 and the membrane 24. The housing 38 is preferably also filled with a electrolyte solution 40, e.g. a 3.5 mol / l KC1 solution compatible with the electrolyte solution 15, from which there can be a diffusion to the electrolyte solution 34. across the diffusion line 34, to complete the measuring chain and to obtain an ion conducting line between the reference electrode 29 and a sample solution in contact with the outer surface 20 of the membrane 24 is arranged another narrowed flow connection 42 in the form of a small opening in one wall of the housing 38, preferably close to the membrane 24.

25 Til tydeliggørelse af forskellene mellem opfindelsen og teknikkens stade undersøgtes en typisk sædvanlig kommerciel pH-elektrodekombination (Modeli 91-02, Fa. Gebr. Moeller, Zurich) i to delmængder af en til en pH-værdi på 4,01 pufret prøveopløsning. Den ene opløsning blev derved 30 først bragt til en temperatur på 80 °C, medens den anden opløsning blev holdt ved ca. 26,4 °C. Den sædvanlige elektrodekombination blev periodisk afvekslende neddyppet i de to opløsninger, og det foregik med kortest mulig tid mellem udtagelsen af den ene opløsning og neddypningen i 35 den anden. Elektrodeanordningen blev efterladt i hver opløsning indtil den potentialeværdi, som blev aflæst på et kommercielt potentialemåleapparat med høj indgangs- 14To clarify the differences between the invention and the state of the art, a typical conventional commercial pH electrode combination (Modeli 91-02, Fa. Gebr. Moeller, Zurich) was examined in two subsets of one to a pH value of 4.01 buffered sample solution. One solution was thereby first brought to a temperature of 80 ° C, while the other solution was kept at ca. 26.4 ° C. The usual electrode combination was alternately immersed in the two solutions, and it took place with the shortest possible time between the withdrawal of one solution and the immersion in the other. The electrode device was left in each solution until the potential value read on a high potential commercial potential measuring device.

DK 158680 BDK 158680 B

impedans, var reproducerbar. Ifølge fig. 3 krævede den kendte elektrodeanordning ved begge temperaturer tidsrum på omkring 1-2 min. til levering af et praktisk taget reproducerbart potentiale E (mV). Endvidere kunne der 5 iagttages små ændringer af temperaturen i de to opløsninger, formodentlig på grund af varmeovergangen mellem opløsningerne og elektrodeanordningen.impedance, was reproducible. According to FIG. 3 required the known electrode device at both temperatures for about 1-2 minutes. for the delivery of a practically reproducible potential E (mV). Furthermore, small changes in the temperature of the two solutions could be observed, presumably due to the heat transfer between the solutions and the electrode device.

En ifølge opfindelsen anvendt elektrodeanordning med en 10 pH-følsom membran og en indre elektrolytopløsning af en phosphatpufferopløsning med et iodid/triiodid-redoxpar blev underkastet den samme prøvning som den kendte elektrodeanordning. Ved periodisk omveksling mellem de to opløsninger med temperaturer på henholdsvis 25 °C og 80 15 °C blev der ifølge fig. 4 opnået reproducerbare potentialer inden for tidsrum på mindre end ca. 30 s, hvorved den beskrevne elektrodeanordnings praktisk taget fuldstændige temperaturuafhængighed er bekræftet.An electrode device according to the invention having a pH-sensitive membrane and an internal electrolyte solution of a phosphate buffer solution with an iodide / triiodide redox pair was subjected to the same test as the known electrode device. By periodic exchange between the two solutions with temperatures of 25 ° C and 80 ° C respectively, according to FIG. 4 achieved reproducible potentials in less than ca. 30 s, thereby confirming the virtually complete temperature independence of the electrode device described.

20 Den samtidige anvendelse af redoxparret i den indre elektrolytopløsning og dens elektriske sammenkobling med en kemisk inert tilledning af platin medfører en hurtigere reaktion på temperaturændringer end ved den kendte anordning. Af betydning er endvidere værdien af 25 redoxparrets temperaturkoefficient, dvs. ændringen af dets kontaktpotentiale med tilledningen på grund af ligevægtsforskydninger i afhængighed af omgivelsernes temperatur.The simultaneous use of the redox pair in the inner electrolyte solution and its electrical coupling with a chemically inert feed of platinum results in a faster reaction to temperature changes than to the known device. Also important is the value of the temperature coefficient of the redox pair, ie. the change of its contact potential with the conduit due to equilibrium shifts depending on the ambient temperature.

30 Som eksempel blev temperaturkoefficienten af redoxparret iodid/triiodid, som har den nødvendige høje udveks-lingsstrømtæthed, bestemt for forskellige koncentrations-forhold af det oxiderede og det reducerede trin. De opnåede resultater er vist i fig. 5. De forskellige 35 kurver i fig. 5, hvori kontaktpotentialet E (mV) for en platintråd er afsat over for temperaturen (°C), blev målt eksperimentelt for de i den efterfølgende tabel anførte 15As an example, the temperature coefficient of the redox-paired iodide / triiodide, which has the necessary high exchange current density, was determined for different concentration ratios of the oxidized and the reduced step. The results obtained are shown in FIG. 5. The various 35 curves of FIG. 5, in which the contact potential E (mV) of a platinum wire is plotted against the temperature (° C), was measured experimentally for those listed in the following table.

DK 158680 BDK 158680 B

forskellige koncentrationer og forhold triiodid/iodid.different concentrations and ratios of triiodide / iodide.

TABELTABLE

5 --—— -——— — -5 --—— -——— - -

Koncentration Koncentration ForholdConcentration Concentration Relationships

Kurve af I3"(mol/l) af I~(mol/l) (Ι3"/(ΐ“)3) 10 A 1,835 x 10-2 2,84 8,0 x 1(T4 B 8,25 x 10~3 2,84 3,6 x 10-4 C 4,58 x 10"3 2,84 2,0 x ΙΟ-4 15 D 1,0 x 1(T3 2,84 4,37 x 10"5 E 3,67 x 10“2 5,68 2,0 x 10-4 20 -:-Curve of I3 "(mol / l) of I ~ (mol / l) (Ι3" / (ΐ “) 3) 10 A 1.835 x 10-2 2.84 8.0 x 1 (T4 B 8.25 x 10 ~ 3 2.84 3.6 x 10-4 C 4.58 x 10 "3 2.84 2.0 x ΙΟ-4 15 D 1.0 x 1 (T3 2.84 4.37 x 10" 5 E 3.67 x 10 "2 5.68 2.0 x 10-4 20 -: -

Kurve E viser, at temperaturkoefficienten ikke udelukkende er en funktion af massevirkningsforholdet triiodid/iodid, men også afhænger af den absolutte 25 koncentration. Af kurverne i fig. 5 fremgår, at hældning, form og symmetri af temperaturafhængighedskarakteristikken for det givne redoxpar kan vælges i området omkring et ved ca. 25 °C liggende isopotentialpunkt svarede til koncentrationen af redoxparrets trin og deres mas- 30 sevirkningsforhold. Denne omstændighed er væsentlig, når man tager i betragtning, at den i pH-måleelektroden 21 indfyldte elektrolytopløsning udgør en blanding af redoxparret og en puffer til fastlæggelse af aktiviteten af den interesserende ion, i det foreliggende tilfælde af 35 H+.Curve E shows that the temperature coefficient is not only a function of the mass-effect ratio triiodide / iodide, but also depends on the absolute concentration. From the curves of FIG. 5 it can be seen that the slope, shape and symmetry of the temperature dependence characteristic of the given redox pair can be selected in the range of about one at approx. The 25 ° C isopotential point corresponded to the concentration of the redox pair steps and their mass-action ratio. This fact is significant considering that the electrolyte solution filled into pH measurement electrode 21 constitutes a mixture of the redox pair and a buffer for determining the activity of the ion of interest, in the present case of 35 H +.

DK 158680BDK 158680B

1616

Temperaturafhængigheden for potentialet E af en typisk puffer, såsom den i måleelektroden 21 anvendte phosphat-puffer, udgør, som kurve A i fig. 6 viser, i det væsentlige en opad konkav af 2. grad, når potentialets 5 eller pH-værdiens afhængighed af temperaturen afbildes grafisk. I den samme afbildning giver på den anden side det ifølge opfindelsen valgte redoxpar en temperaturafhængighed ifølge kurve B, som er nedad konkav, således at de to temperaturafhængigheder i det væsentlige 10 er omvendt af hinanden. Ifølge opfindelsen tilvejebringes således en elektrolytopløsning 24 til pH-målekæder og andre ionfølsomme målekæder under anvendelse af en puffer til intern fastlæggelse af aktiviteten af den interesserende ion i måleelektroden, ved hvilken de to tempera-15 turafhængigheder tilnærmelsesvis kompenserer hinanden, og den pågældende elektrode således bliver praktisk taget temperaturuafhængig.The temperature dependence of the potential E of a typical buffer, such as the phosphate buffer used in the measuring electrode 21, constitutes, as curve A in FIG. 6 shows essentially an upward concave of the second degree when the dependence of the potential 5 or pH value on the temperature is graphically depicted. In the same view, on the other hand, the redox pair of the invention selected according to the invention gives a temperature dependence according to curve B, which is downwardly concave, so that the two temperature dependencies are substantially opposite of each other. Thus, according to the invention, an electrolyte solution 24 is provided for pH measurement chains and other ion sensitive measurement chains using a buffer for internally determining the activity of the interesting ion in the measuring electrode, at which the two temperature dependencies approximate each other and thus the respective electrode becomes practically temperature independent.

Virkningen af den praktisk taget omvendte tilpasning af 20 temperaturkoefficienterne af redoxpar og elektrolyt i en ionfølsom elektrode eller referenceelektrode i målekæder ifølge opfindelsen kan vises særlig anskueligt ved hjælp af målinger med en beskreven pH-målekæde over for en prøveopløsning. Således blev der f.eks. fremstillet en 25 prøveopløsning af en standard-phosphatpuffer, hvis faktiske offentliggjorte temperaturkarakteristik er gengivet ved kurven A i fig. 7. Denne prøveopløsnings pH-værdi blev bestemt ved talrige temperaturer i området mellem ca. 5 og ca. 90 0C med den tidligere omtalte kommercielle 30 pH-elektrodeanordning. De således opnåede pH-måleværdier er gengivet som kurve B i fig. 7. Påfaldende er den manglende overensstemmelse mellem kurverne A og B. Endvidere viste det sig ved yderligere gentagelser, at kurve B ikke var særlig godt reproducerbar. Under 35 anvendelse af en beskreven pH-elektrodeanordning, hvorved den elektrolytopløsning 26, som blev fyldt i måleelektroden 21, var en blanding af puffer og redoxpar med 17The effect of the practically inverted adaptation of the temperature coefficients of redox pairs and electrolyte in an ion-sensitive electrode or reference electrode in measurement chains of the invention can be shown particularly clearly by means of measurements with a described pH measurement chain versus a sample solution. Thus, e.g. prepared a sample solution of a standard phosphate buffer whose actual published temperature characteristics are represented by curve A of FIG. 7. The pH of this sample solution was determined at numerous temperatures in the range of ca. 5 and approx. 90 ° C with the aforementioned commercial pH electrode device. The pH measurement values thus obtained are represented as curve B in FIG. 7. Remarkably, the mismatch between curves A and B. Furthermore, upon further repetition, curve B was not very well reproducible. Using a disclosed pH electrode device, whereby the electrolyte solution 26 loaded in the measuring electrode 21 was a mixture of buffer and redox pairs of 17

DK 158680 BDK 158680 B

praktisk taget omvendte temperaturkoefficienter, blev der på den anden side opnået kurven C, som ved flere gentagelser viste sig som i højeste grad reproducerbar. Overensstemmelsen mellem kurverne A og C anskueliggør den 5 ganske betydelige forskel mellem temperaturkarakteristikkerne af konventionelle elektrodeanordninger og elektrodeanordninger ifølge opfindelsen, og den praktisk taget fuldstændige temperaturuafhængighed, som opnås med de sidstnævnte.on the other hand, curve C was obtained, which on several repetitions proved to be highly reproducible. The agreement between curves A and C illustrates the very significant difference between the temperature characteristics of conventional electrode devices and electrode devices of the invention, and the virtually complete temperature independence achieved with the latter.

10 15 20 25 30 3510 15 20 25 30 35

Claims (1)

DK 158680B Patentkrav : Ionselektiv potentiometrisk målekæde til bestemmelse af 5 aktiviteten af en bestemt ionart i en prøveopløsning, omfattende to potentiometriske elektroder, som eventuelt er sammenføjet til en integreret konstruktion, bestående af en måleelektrode, som for enden har en for den pågældende ionart ionfølsom membran, og er fyldt med en 10 indre elektrolytopløsning, der har en fastlagt koncentration eller ionaktivitet, og over en tilledning af et inert elektrisk ledende materiale står i kontakt med en referenceelektrode, således at de to elektroder er forbundet i serie med hinanden og med et elektrometer, og 15 referenceelektroden på sin side er fyldt med en indre elektrolytopløsning, som ligeledes er i berøring med en tilledning af et inert, elektrisk ledende materiale og leverer et fastlagt potentiale, og er omsluttet af en yderligere beholder, som ligeledes er fyldt med en 20 elektrolyt, hvorfra der over en forbindelse kan foregå en diffusion til referenceelektrodens elektrolyt, medens denne beholder også har en indsnævret strømningsforbindelse til prøveopløsningen, kendetegnet ved, at de indre elektrolytopløsninger i måle- og reference-25 elektroden indeholder redoxparret iodid/triodid (3I-->I2+2E-) 30 opløst i en koncentration på 2,84 til 5,68 mol/1 I og 1,0 x 10"3 til 3,67 x 10-2 mol/1 Ig~. 35GB 158680B Patent Claim: Ion selective potentiometric measurement chain for determining the activity of a particular ion species in a sample solution, comprising two potentiometric electrodes optionally joined to an integral structure consisting of a measurement electrode having an end for an ionic ion sensitive membrane in question. and is filled with an internal electrolyte solution having a predetermined concentration or ionic activity and over a lead of an inert electrically conductive material contacts a reference electrode such that the two electrodes are connected in series with each other and with an electrometer and the reference electrode, in turn, is filled with an inner electrolyte solution which is also in contact with an inlet of an inert, electrically conductive material and provides a determined potential, and is enclosed by a further container which is also filled with a 20 electrolyte from which a diffusion can occur over a compound the reference electrode, while this container also has a narrowed flow connection to the sample solution, characterized in that the inner electrolyte solutions in the measuring and reference electrode contain redox-paired iodide / triodide (3I -> I2 + 2E-) dissolved in a concentration of 2.84 to 5.68 mol / l I and 1.0 x 10 "3 to 3.67 x 10-2 mol / l Ig ~. 35
DK527181A 1980-11-28 1981-11-27 ION SELECTIVE POTENTIOMETRIC MILLED CHAIN DK158680C (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US21135180A 1980-11-28 1980-11-28
US21135180 1980-11-28

Publications (3)

Publication Number Publication Date
DK527181A DK527181A (en) 1982-05-29
DK158680B true DK158680B (en) 1990-07-02
DK158680C DK158680C (en) 1990-12-31

Family

ID=22786570

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DK527181A DK158680C (en) 1980-11-28 1981-11-27 ION SELECTIVE POTENTIOMETRIC MILLED CHAIN

Country Status (11)

Country Link
JP (1) JPS57116245A (en)
AU (1) AU542612B2 (en)
CA (1) CA1170722A (en)
CH (1) CH652827A5 (en)
DE (1) DE3146066A1 (en)
DK (1) DK158680C (en)
FR (1) FR2495325A1 (en)
GB (1) GB2088565B (en)
NL (1) NL183676C (en)
NO (1) NO814058L (en)
SE (1) SE460623B (en)

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5940849U (en) * 1982-09-07 1984-03-15 電気化学計器株式会社 Residual chlorine measuring device
CH661799A5 (en) * 1983-06-21 1987-08-14 Proton Ag TEMPERATURE-INDEPENDENT RADIO MEASURING CHAIN FOR POTENTIOMETRIC MEASUREMENTS.
US4608148A (en) * 1984-11-13 1986-08-26 Allied Corporation Combination pH/reference electrode with improved temperature response
AU610378B2 (en) * 1988-04-13 1991-05-16 Unisearch Limited Multi-cell potentiometric sensing device
US5286365A (en) * 1992-01-15 1994-02-15 Beckman Instruments, Inc. Graphite-based solid state polymeric membrane ion-selective electrodes
DE4302323C2 (en) * 1993-01-28 1998-11-26 Inst Chemo Biosensorik Durable miniaturizable reference electrode
GB9802288D0 (en) * 1998-02-04 1998-04-01 Eastman Kodak Co pH electrode arrangement
DE10151867A1 (en) * 2001-10-24 2003-05-08 Conducta Endress & Hauser Device for determining and / or monitoring the pH of a medium
DE102006012799B4 (en) * 2006-03-15 2008-01-24 Schott Instruments Gmbh Potentiometric measuring chain
US8366895B2 (en) 2006-03-23 2013-02-05 Hach Company Differential pH probe
WO2009055258A2 (en) * 2007-10-22 2009-04-30 Hach Company Ionic probe
DE102007063119A1 (en) * 2007-12-22 2009-06-25 Endress + Hauser Conducta Gesellschaft für Mess- und Regeltechnik mbH + Co. KG Differential sensor for pH measurement
US9006738B2 (en) 2008-08-25 2015-04-14 Nxp, B.V. Reducing capacitive charging in electronic devices
DE102015118581A1 (en) 2015-10-30 2017-05-04 Endress+Hauser Conducta Gmbh+Co. Kg Ion-selective potentiometric measuring chain

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1297359B (en) * 1962-06-06 1969-06-12 Ingold W Dr Kg Electrode measuring chain for the potentiometric determination of ion concentrations
DE1498911B2 (en) * 1964-10-29 1971-06-03 Gebr Moller, Glasbläserei, Zurich (Schweiz) GLASS ELECTRODE MEASURING CHAIN ESPECIALLY FOR PH MEASUREMENT
DE2547629B1 (en) * 1975-10-24 1976-11-25 Licentia Gmbh PLATINUM ELECTRODE FOR THE ELECTROCHEMICAL DETECTION OF CARBON MONOXIDE IN AIR, WHERE THE ELECTRODE IS ARRANGED IN AN ELECTROLYTE
DE2722617C2 (en) * 1976-05-19 1983-10-20 Eastman Kodak Co., 14650 Rochester, N.Y. Ion selective electrode and use of the same
CH620298A5 (en) * 1977-11-01 1980-11-14 Proton Ag Measuring electrode for measuring ions in solutions

Also Published As

Publication number Publication date
JPS57116245A (en) 1982-07-20
NL183676C (en) 1988-12-16
GB2088565A (en) 1982-06-09
CA1170722A (en) 1984-07-10
CH652827A5 (en) 1985-11-29
NL183676B (en) 1988-07-18
GB2088565B (en) 1984-09-05
FR2495325A1 (en) 1982-06-04
NL8105289A (en) 1982-06-16
SE460623B (en) 1989-10-30
NO814058L (en) 1982-06-01
AU542612B2 (en) 1985-02-28
JPS6351503B2 (en) 1988-10-14
FR2495325B1 (en) 1985-01-25
DE3146066C2 (en) 1988-03-31
DK527181A (en) 1982-05-29
AU7797281A (en) 1982-06-03
DK158680C (en) 1990-12-31
SE8107106L (en) 1982-05-29
DE3146066A1 (en) 1982-06-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DK158680B (en) ION SELECTIVE POTENTIOMETRIC MILLED CHAIN
US3103480A (en) Double bridge electrode for electro-
US4473458A (en) Ion measuring device with self-contained storage of standardizing solution
US4495050A (en) Temperature insensitive potentiometric electrode system
CN104422720B (en) Measuring device
JPS6122260B2 (en)
US4650562A (en) Reference electrode device
Atkinson et al. An investigation of the performance characteristics and operational lifetimes of multi-element thick film sensor arrays used in the determination of water quality parameters
EP0661535A1 (en) Ion sensor
CN109477811B (en) Chlorine, Oxidation Reduction Potential (ORP) and pH measurement probe
JP2577981B2 (en) Process ion measuring equipment
GB2460130A (en) Self calibrating reference electrode
Zdrachek et al. Symmetric cell for improving solid-contact pH electrodes
CN111007130B (en) Sensor with non-porous reference junction
Walker et al. On the mechanism of the bipolar reference electrode
Chen et al. Solid-state ion-selective pH sensor
Bates The Thermodynamics of Bi-univalent Electrolytes. III. Zinc Iodide in Aqueous Solution1
Caton Jr Reference electrodes
Criscuolo et al. All-solid-state Reference Electrodes for analytical applications
US3714014A (en) Electrochemical apparatus for determination of molten salt composition
Thompson A metal-connected glass electrode
KR20220020271A (en) Metal Ferrocyanide Doped Carbon as Transducer for Ion Selective Electrodes
Noël et al. Electrochemical sensors
Kakali et al. Application of alkali metal molybdenum bronzes as Na+-ion selective sensors up to 70 C
CN115684304B (en) Potential method dissolved oxygen sensor based on antimony-based electrode