EP0493576A1 - Verfahren zur herstellung einer ionensensitiven arbeitselektrode eines schwermetallionen-sensors - Google Patents
Verfahren zur herstellung einer ionensensitiven arbeitselektrode eines schwermetallionen-sensorsInfo
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- EP0493576A1 EP0493576A1 EP19910913708 EP91913708A EP0493576A1 EP 0493576 A1 EP0493576 A1 EP 0493576A1 EP 19910913708 EP19910913708 EP 19910913708 EP 91913708 A EP91913708 A EP 91913708A EP 0493576 A1 EP0493576 A1 EP 0493576A1
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Classifications
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- G01N27/333—Ion-selective electrodes or membranes
Definitions
- the invention relates to a method for producing an ion-sensitive working electrode of a heavy metal honing sensor, which contains a mixture of Ag 2 S and Mes, where Me is the heavy metal to be determined.
- the above-mentioned working electrode forms a heavy metal ion sensor.
- a reference electrode preferably an Ag / AgCl reference electrode
- the principle of these sensors is described, for example, in the book by Cammann "Working with ion-sensitive electrodes", Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, 1977, there in particular pages 59 to 66.
- Such conventional working electrodes are relatively large. They are also fragile because a glass tube is used as a covering. In particular, the disadvantage is that they are relatively expensive to manufacture (approx. DM 200 to DM 800 purchase price per piece). It is also possible to detect only a single heavy metal with the known sensor.
- DE-OS 36 39 312 describes a solid-state electrode for determining sodium concentrations in solutions, which is produced using thick-film technology.
- the various layers, which together form the solid-state electrode, are applied to a substrate one above the other or next to one another. If necessary, the layers are provided with a cover which also allows access to the solid electrolyte membrane provided there.
- no heavy metal ions can be detected with this known solid-state electrode. Only a single material can be detected, namely the concentration of sodium ions in solutions.
- DE-OS 36 19 802 describes a sensor manufactured in thick-film technology for monitoring oxygen concentrations in gases.
- GB 2 102 963-A describes in several embodiments an ion-electric electrode in film form, which has a conductive layer and an ion-selective layer laminated thereon, which covers at least one edge of the conductive layer.
- the invention has for its object to design it so that different heavy metals can be detected with the sensor in an inexpensive manufacture of the working electrode.
- the sensor should also be able to be easily miniatu rised and easy to handle, in particular it should not be fragile.
- the invention is characterized in that a plurality of conductor layers are applied next to one another on a substrate in thick-film technology and a plurality of layers from the mixture of Ag 2 S and MeS are applied thereon, which differ from one another by different heavy metals Me, and then again a cover layer which protects the conductor layer from a measurement solution containing the heavy metal ions to be determined and which allows the measurement solution to access the mixture layer Ag 2 S / MeS.
- These measures produce a heavy metal sensor with a homogeneous solid membrane electrode based on Ag 2 S using thick film technology, with which the concentration or activity of heavy metal ions in solutions can be determined potentiometrically.
- the ion-selective layer In contrast to GB 2 102 963-A, the ion-selective layer, the Ag 2 S / MeS mixture, is applied as a mixture, ie it is no longer modified chemically or electrochemically.
- glass cladding is no longer required because unbreakable materials, preferably plastic, can be used for the cover layer.
- the thick-film technology allows inexpensive production of the working electrodes or correspondingly completed sensors, whereby when applying the batch layer it is only necessary to ensure that it contains, next to and separately from one another, different metals to be detected. All of this can be produced in a very labor-saving manner very well in the thick-film technology used.
- DE 3 734 636 A1 shows a side-by-side arrangement of sensitive and selective areas in suspended gate field-effect transistors, but they are manufactured completely differently, namely by fully automatic potentiostatic or galvanostatic deposition.
- these procedural measures cannot be applied to the above-mentioned other types of arrangements to be produced in thick-film technology, on the other hand they would lead to Ag / Ag 2 S / MeS arrangements which would not meet the required properties of good layer adhesion and tightness of the cover layers.
- An Ag layer is preferred for the conductor layer.
- the thick-film technique is to be understood as the screen printing technique or the film casting technique or combinations of both techniques.
- Figure 1 shows schematically a section through a working electrode according to the invention.
- FIG. 2 shows a top view of the working electrode according to FIG. 1.
- a layer 3 which consists of a mixture of Ag 2 S and MeS, is applied to this in turn using thick-film technology, where Me means the heavy metal to be determined.
- a cover layer 4 covers the conductor layer 2 at least in the area in which the sensor is immersed in a measurement solution. This protects the Ag layer 2 from the measurement solution.
- the covering layer 4 made of glass and plastic leaves a window open in area 5 through which the measuring solution has access to layer 3.
- Fig. 1 also shows a connecting conductor 6, via which the potential can be removed.
- FIG. 2 makes it clear that if the structure shown in FIG. 1 is maintained, several of the batch layers 3 are applied next to each other separately on the Ag layer 2, namely batch layers 3a, 3b and 3c. These differ from each other by different metals in the batches. If the sensor - completed by a reference electrode - is immersed in a measuring solution, then those heavy metal ions are detected or the concentration of the relevant heavy metal ions is determined, the metals of which are contained in the batch histories 3a, 3b and 3c.
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Description
Verfahren zur Herstellung einer ionensensitiven Arbeitselektrode eines Schwermetallionen-Sensors.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer ionensensitiven Arbeitselektrode eines SchwermetalHonen-Sen¬ sors, die ein Gemenge aus Ag2S und Mes enthält, wobei Me das zu bestimmende Schwermetall bedeutet.
Zusammen mit einer Meßlösung, die die zu bestimmenden Schwerme¬ tallionen enthält und mit einer Referenzelektrode, vorzugsweise einer Ag/AgCl-Referenzelektrode bildet die erwähnte Arbeitselek¬ trode einen Schwermetallionen-Sensor. Das Prinzip dieser Senso¬ ren ist beispielsweise beschrieben in dem Buch von Cammann "Das Arbeiten mit ionensensitivenb Elektroden", Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, 1977, dort insbesondere S. 59 bis 66. Derartige konventionelle Arbeitselektroden sind relativ groß. Sie sind auch zerbrechlich, weil ein Glasrohr als Ummante- lung verwendet 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 wer¬ den.
Die DE-OS 36 39 312 beschreibt eine Festkörperelektrode zur Bestimmung von Natriumkonzentrationen in Lösungen, die in Dick¬ schichttechnik hergestellt wird. Dabei werden auf ein Substrat übereinander bzw. nebeneinander die verschiedenen Schichten aufgebracht, die zusammen die Festkörperelektrode ausbilden. Gegebenenfalls werden die Schichten mit einer Abdeckung verse¬ hen, die auch den Zutritt zu der dort vorgesehenen Festelektro¬ lytmembran freiläßt.
Mit dieser bekannten Festkörperelektrode können aber keine Schwermetallionen nachgewiesen werden. Auch kann nur ein einzi ges Material nachgewiesen werden, nämlich die Konzentration vo Natriumionen in Lösungen.
Einen ähnlichen Stand der Technik beschreibt im übrigen die DE- OS 36 19 802, die einen in Dickschichttechnik hergestellten Sensor zur Überwachung von asserstoffkonzentrationen in Gasen beschreibt.
Ergänzend sei auch noch auf die GB 2 102 963-A verwiesen, die i mehreren Ausführungsformen eine ionenselektrive Elektrode in Filmform 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 Merkma len 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 miniatu risierbar sein und gut gehandhabt werden könnne, 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 Lei- terschicht vor einer die zu bestimmenden Schwermetallionen enthaltenden Meßlösung schützt und die den Zutritt der Meßlösun zu der Gemengeschicht Ag2S/MeS ermöglicht.
Durch diese Maßnahmen wird in Dickschichttechnik ein Schwerme- tallεensor mit einer homogenen Festkörpermembran-Elektrode auf der Basis von Ag2S hergestellt, mit der die Konzentration oder Aktivität von Schwermetallionen in Lösungen potentiometrisch bestimmt werden kann.
Im Gegensatz zur GB 2 102 963-A wird die ionenselektive Schicht, das Ag2S/MeS-Gemenge, als Gemenge aufgebracht, d. h. es wird nicht mehr chemisch oder elektrochemisch modifiziert.
Durch die verwendete Dickschichttechnik benötigt man keine Glasumhüllung mehr, weil für die Abdeckschicht unzerbrechliche Materialien 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.
Aus der DE 3 734 636 AI ist zwar ein nebeneinander-Anordnen von sensitiven und selektiven Bereichen in suspended Gate Feldef¬ fekttransistoren entnehmbar, jedoch werden diese völlig anders hergestellt, nämlich durch vollautomatische potentiostatische oder galvanostatische Abscheidung. Diese Verfahrensmaßnahmen sind einerseits nicht auf die oben genannten in Dickschichttech¬ nik herzustellenden andersartigen Anordnungen anwendbar, ande¬ rerseits würden sie zu Ag/Ag2S/MeS-Anordnungen führen, die nicht die erforderlichen Eigenschaften einer guten Schichthaftung und Dichtigkeit der Abdeckschichten erfüllen würden.
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 Ausführungsbei- spiels 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 Dickschichttechnik aufgebracht, die aus einem Gemenge aus Ag2S und MeS besteht, wobei Me das zu bestimmende Schwermetall bedeu¬ tet.
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 Abdeckschicht 4 aus Glas und 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 Gemenge¬ schichten 3 voneinander getrennt auf die Ag-Schicht 2 aufge¬ bracht sind, nämlich Gemengeschichten 3a, 3b und 3c. Diese unterscheiden sich durch jeweils unterschiedliche Metalle in den Gemengen voneinander. Taucht man den - durch eine Referenzelek¬ trode komplettierten - Sensor in eine Meßlösung ein, so werden
diejenigen Schwermetallionen nachgewiesen bzw. die Konzentration der betreffenden Schwermetallionen wird bestimmt, deren Metalle in den Gemengeschichten 3a, 3b bzw. 3c enthalten sind.
Claims
1. Verfahren zur Herstellung einer ionensensitiven Arbeitselek¬ trode eines Schwermetallionen-Sensors, die ein Gemenge aus Ag2S und MeS enthält, wobei Me das zu bestimmende Schwermetall bedeutet, dadurch gekennzeichnet, daß auf ein Substrat (1) in Dickschichttechnik eine Leiter- schicht (2) und darauf nebeneinander mehrere Schichten (2, 3a, 3b, 3c) aus dem Gemenge aus Ag2S und MeS aufgebracht werden, die sich durch jeweils unterschiedliche Schwermetalle Me voneinander unterscheiden, und darauf wiederum eine Ab¬ deckschicht (4), die die Leiterschicht (2) vor einer die zu bestimmenden Schwermetallionen 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.
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