ES2213489B1 - Sistema de medida potenciometrico para oxigeno disuelto. - Google Patents
Sistema de medida potenciometrico para oxigeno disuelto.Info
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Abstract
Sistema de medida potenciométrico para oxígeno
disuelto.
Este invento esta relacionado con la medida o
monitorización del oxigeno disuelto en líquidos como por ejemplo el
agua. A diferencia de los electrodos existentes, que son
amperométricos, este electrodo realiza la medida potenciométrica;
de tal forma que la medida se realiza conjuntamente con un
electrodo de referencia como el de plata/cloruro de plata y un
medidor de tensión de alta impedancia de entrada. Un electrodo
potenciométrico consta de un substrato (1) de material aislante, una
capa de material conductor (2) sobre el substrato, una zona
terminal (2a) parte del material conductor, una capa de material
sensible al oxigeno (3) sobre el material conductor, una capa de
membrana polimérica permeable al oxigeno e impermeable a los iones
(4) sobre el material sensible al oxigeno y una capa aislante (5)
que cubre todo el electrodo menos la zona activa y la terminal.
Description
Sistema de medida potenciométrico para oxígeno
disuelto.
La invención que nos ocupa consiste en un sistema
para la medida del oxígeno disuelto mediante el uso de un electrodo
potenciométrico.
El principal objeto de la invención se centra en
el hecho de que la medida del oxígeno disuelto en líquidos se
realiza mediante una técnica potenciométrica, necesitándose solo un
electrodo para dicha medida, la cual se realiza junto con un
electrodo de referencia y un sistema de medida de tensión de alta
impedancia de entrada.
El electrodo al ser potenciométrico puede
monitorizar un amplio rango de concentraciones de oxígeno disuelto
en líquidos.
En el estado de la técnica son conocidos los
electrodos de medida del oxígeno disuelto en líquido basados en la
llamada célula de Clark, la cual consiste en un doble electrodo,
cátodo de platino y ánodo de referencia
plata-cloruro de plata cubierto con una membrana
permeable al oxígeno que contiene en su interior un electrolito
como el cloruro potásico. La medida se realiza por métodos
amperométricos, fijando una tensión y midiendo la variación de
corriente que se produce en el electrodo al ocurrir la reducción
del oxígeno molecular de forma que la intensidad registrada es
proporcional a la concentración de oxígeno disuelto en la
disolución.
Estos sistemas plantean varios inconvenientes
como problemas de mantenimiento, a causa de los productos de la
reacción electrolítica, tener que disponer de dos o tres electrodos
de trabajo, un electrolito conductor y la membrana semipermeable,
además el método amperométrico de medida exige un complicado y
costoso sistema electrónico.
El invento consta por una parte del electrodo
formado de un substrato de material aislante, un material conductor
dispuesto sobre el substrato, una zona terminal como parte del
material conductor, una capa de material sensible al oxígeno sobre
el material conductor, una capa de membrana permeable al oxígeno e
impermeable a los iones sobre el material sensible al oxígeno y una
capa aislante que cubre las partes no activas del electrodo. El
electrodo puede no tener el substrato y la capa conductora y estar
formado sólo por el material sensible al oxígeno, recubierto de una
capa de membrana permeable al oxígeno e impermeable a los iones, en
este caso el propio material sensible al oxígeno puede realizar la
función de material conductor.
Para facilitar la medida potenciométrica se puede
disponer una conexión eléctrica en la zona terminal del electrodo,
el resto de electrodo debe estar en contacto con el líquido cuyo
parámetro se quiere medir.
Disponiendo el electrodo de esta forma se
consigue que el oxígeno disuelto en el agua atraviese la membrana
semipermeable y produzca una reacción electroquímica con el
material sensible al oxígeno. Esta reacción electroquímica produce
un potencial eléctrico que es recogido por el material conductor y
medido en el terminal del electrodo.
El potencial eléctrico generado aumenta o
disminuye según la concentración de oxígeno en el líquido. Este
potencial, frente a un electrodo de referencia, es medido empleando
un sistema electrónico de medida de tensión con una de alta
impedancia de entrada.
Las distintas capas que conformar el electrodo
son las encargadas de producir la medida potenciométrica del
oxígeno disuelto:
El substrato debe ser aislante y puede ser
cerámico como la alúmina o polimérico como el
epoxy-fibra de vidrio.
El conductor puede ser cualquier material
conductor eléctrico como la plata, oro, platino, paladio, grafito,
cobre, etc., o una combinación de varios materiales
conductores.
El material sensible al oxígeno puede ser un
metal o un óxido metálico como el óxido de rutenio.
El material de la membrana puede ser cualquier
material que sea permeable al oxígeno pero impermeable a los iones
y puede ser una matriz polimérica o cerámica.
El material aislante puede ser cualquier tipo de
material aislante como una resina epoxy.
El electrodo puede formar parte conjuntamente con
un electrodo de referencia de un único sistema de medida.
El electrodo puede formar parte conjuntamente con
un electrodo de referencia y otros electrodos de un sistema más
complejo de medida de parámetros de líquidos.
Para complementar la descripción que se está
realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las
características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente
de realización práctica del mismo, se acompaña como parte
integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con
carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo
siguiente:
Figura 1.- Muestra una vista del electrodo con
las distintas capas que lo conforman.
Figura 2.- Muestra un corte transversal del
electrodo con las distintas capa que lo conforman.
Figura 3.- Muestra una vista de otra disposición
del electrodo.
Figura 4.- Muestra el diagrama de bloques de todo
el sistema de medida.
Figura 5.- Muestra la respuesta del electrodo de
oxígeno disuelto: potencial en mV, frente a logaritmo de la
concentración de oxígeno.
A continuación se realiza una descripción de la
invención basada en las figuras anteriormente comentadas.
Un electrodo potenciométrico de oxígeno disuelto
consta de un substrato (1) de material aislante, una capa de
material conductor (2) sobre el substrato, una zona terminal (2a)
parte del material conductor, una capa de material sensible al
oxígeno (3) sobre el material conductor, una capa de membrana
permeable al oxígeno e impermeable a los iones (4) sobre el
material sensible al oxígeno y una capa aislante (5) que cubre todo
el electrodo menos la zona activa y la terminal. También puede
estar formado directamente por el material sensible al oxígeno (3)
al cual cubre una capa de membrana permeable al oxígeno e
impermeable a los iones (4) y una capa aislante que aísla la zona
activa del sensor de la zona de terminal (2a).
El sistema electrónico de medida puede estar
formado por una etapa de alta impedancia de entrada (6), una
elemento de medida y control (7), un sistema de memoria de datos
(8), un sistema de visualización (9), un sistema de transmisión de
datos (10) y un sistema de energía para el equipo (11).
El sistema se completa con un electrodo de
referencia (12).
Según lo descrito el substrato puede ser alúmina
o algún polímero aislante, el conductor puede ser cualquier
material conductor como plata, oro, platino, paladio cobre,
grafito, etc. o en principio cualquier combinación de materiales
conductores, el material sensible puede ser un metal u óxido de
metal como el óxido de rutenio, la membrana puede ser cualquier
material que sea permeable al oxígeno pero impermeable a los iones
y puede ser una matriz polimérica o cerámica y la capa aislante
puede ser cualquier tipo de material aislante como una resina
epoxy. El electrodo puede ser fabricado con tecnología de capa
gruesa.
La etapa de alta impedancia de entrada puede ser
un amplificador operacional o transistor, el elemento de medida y
control puede ser un microcontrolador, microprocesador o un
circuito integrado especifico con un programa informático propio,
el sistema de memoria puede ser un circuito integrado de memoria o
una memoria magnética, magneto-óptica u óptica; el sistema de
visualización puede ser un semiconductor óptico integrado, el
sistema de transmisión de datos puede ser tipo radio, módem, serie
o cualquier otro tipo de transmisión de datos y el equipo de
energía puede ser una batería o cualquier adaptación de corriente
alterna a continua.
Claims (11)
1. Electrodo para un sistema de medida
potenciométrico de oxígeno disuelto caracterizado porque
comprende:
- -
- un substrato (1) de material aislante,
- -
- una capa de material conductor (2) sobre el substrato (1),
- -
- una zona terminal (2a) del material conductor,
- -
- una capa de material sensible al oxígeno (3) sobre la capa de material conductor (2),
- -
- una capa de membrana permeable al oxígeno e impermeable a los iones (4) sobre el material sensible al oxígeno (3) que facilita la transferencia del oxígeno disuelto en el agua hacia el material sensible al oxígeno (3) provocando un potencial eléctrico que es recogido por el material conductor (2) y medido en la zona terminal (2a), y
- -
- una capa aislante (5) que cubre las zonas no activas del electrodo.
2. Electrodo para un sistema de medida
potenciométrico de oxígeno disuelto según reivindicación 1
caracterizado porque el substrato aislante (1) es de un
material seleccionado entre. una cerámica tipo alúmina y un polímero
aislante.
3. Electrodo para un sistema de medida
potenciométrico de oxígeno disuelto según reivindicación 1
caracterizado porque el material conductor es un metal
seleccionado entre la plata, oro, platino, cobre, paladio, grafito y
cualquier combinación de dichos materiales.
4. Electrodo para un sistema de medida
potenciométrico de oxígeno disuelto según reivindicación 1
caracterizado porque el material sensible al oxígeno se
selecciona entre un metal y un óxido metálico.
5. Electrodo para un sistema de medida
potenciométrico de oxígeno disuelto según reivindicación 4
caracterizado porque el material sensible al oxígeno es un
óxido de rutenio.
6. Electrodo para un sistema de medida
potenciométrico de oxígeno disuelto según reivindicación 1
caracterizado porque la membrana permeable al oxígeno es una
matriz de material seleccionado entre un polímero y una cerámica
porosa.
7. Electrodo para un sistema de medida
potenciométrico de oxígeno disuelto según reivindicación 1
caracterizado porque la capa aislante (5) es de material
seleccionado entre una resina epoxy y un material tipo cermet.
8. Electrodo para un sistema de medida
potenciométrico de oxígeno disuelto según reivindicación 1
caracterizado porque está realizado con técnicas de capa
gruesa.
9. Sistema potenciométrico de medida de oxígeno
disuelto en líquidos, caracterizado porque comprende:
- -
- el electrodo (12) descrito en las reivindicaciones 1 a 8,
- -
- una etapa de alta impedancia de entrada (6) que adapta la señal procedente del electrodo (12),
- -
- una etapa de medida y control (7) que mide la señal procedente de la etapa de alta impedancia de entrada (6),
- -
- un sistema de almacenamiento de datos (8) procedentes de la etapa de medida y control (7),
- -
- un sistema de visualización (9) de los datos procedentes de la etapa de medida y control (7) o del sistema de almacenamiento de datos (8),
- -
- un sistema de transmisión de datos (10) que transmite los datos procedentes de la etapa de medida y control (7), del sistema de almacenamiento de datos (8) y de otro sistema potenciométrico, y
- -
- un sistema de alimentación de energía (12).
10. Sistema potenciométrico de medida de oxígeno
disuelto según reivindicación 9 caracterizado porque la
etapa de alta impedancia de entrada (6) consiste en un componente
seleccionado entre un amplificador operacional y un transistor.
11. Sistema potenciométrico de medida de oxígeno
disuelto según reivindicación 9 caracterizado porque la
etapa de medida y control (7) incorpora un elemento de control
seleccionado entre un microprocesador, un microcontrolador y un
circuito electrónico con programa informático propio.
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| EC2A | Search report published |
Date of ref document: 20040816 Kind code of ref document: A1 |
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| FG2A | Definitive protection |
Ref document number: 2213489B1 Country of ref document: ES |
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Effective date: 20230224 |