FI94557C - Elektrokemiallinen tunnistin ja menetelmä - Google Patents

Description

1 94557

Elektrokemiallinen tunnistin ja menetelmä. - Elektrokemisk sensor och förfarande.

Esillä olevan keksinnön kohteena on kemiallisten lajien, erityisesti pelkistyvien tai hapettuvien lajien elektrokemial linen määritys sekä elektrokemialliset tunnistimet.

Pelkistyvät tai hapettuvat lajit voivat olla hapetusaineita, pelkistysaineita tai lajeja, joihin tällaiset aineet vaikuttavat. Kemialliset lajit voivat erityisesti olla peroksi-happoja, erityisesti perkarboksyylihappoja.

Hapettuvien tai pelkistyvien lajien pitoisuuden elektrokemial linen määritys voidaan suorittaa määrittelemällä redox-potentiaali. Tämä riippuu kaikkien mukana olevien lajien pitoisuudesta ja kyvystä reagoida käytettyihin elektrodeihin.

Johtuen tästä herkkyydestä kaikkiin lajeihin saattaa käydä mahdottomaksi käyttää redox-potentiaalin määritystä halutun lajin pitoisuuden suoraksi mittaamiseksi, kun mukana on häiritsevä laji.

Perkarboksyylihappoihin liittyy esimerkiksi mukaan vetyperoksidi, jota käytetään usein niiden muodostamiseksi ja joka on * tasapainossa niiden kanssa:

H202 + RC02H^=±H20 + RCO3H

Redox-potentiaalin määritystä ei voida käyttää suoraan näiden perhappojen pitoisuuden mittaamiseksi, koska tällöin ei voida jättää laskuista vetyperoksidia, jota on mukana ja voi olla mukana suuria, vaihtelevia määriä.

Tavallinen menetelmä perhappopitoisuuden mittaamiseksi on titraamalla menetelmällä, joka on esitetty julkaisussa Greenspan et ai. Anal. Chem. 20., 11, s. 1061 (1948). Tässä käytetään titrausainetta, johon vetyperoksidi ei kovinkaan paljon vaikuta.

2 94557

On esitetty määritysmenetelmä, jossa perhappoliuosnäyte saatetaan reagoimaan ylisuuren, mutta tunnetun kaliumjodidimäärän kanssa, jonka jälkeen käytetään redox-kennoa, joka on herkkä kaliumjodidille, mutta ei vetyperoksidille jäljelle jääneen kaliumjodidimäärän määrittelemiseksi, jolloin saadaan lasketuksi perhapon määrä. Tällaisella menetelmällä ei tietenkään kyetä suorittamaan jatkuvaa tarkkailua tai lukua, koska se välttämättä vaatii abstraktiota tai erotusta ja näytteiden käsittelyä.

Eräs toinen menetelmä perhappopitoisuuden määrittelemiseksi, jossa myös tarvitaan abstraktiota ja näytteiden käsittelyä, on tekniikka, jossa käytetään "redox-herkkää väriä", nimittäin kaliumtitaanioksalaattia. Näytteet käsitellään tunnetuilla määrillä tätä väriä. Huoneen lämpötilassa saatu väri riippuu ainoastaan vetyperoksidin pitoisuudesta. Korotetussa lämpötilassa se riippuu sekä vetyperoksidin että perhapon pitoisuudesta. Värit määritellään kolorimetrillä ja perhappopitoisuus voidaan laskea.

Toisin kuin näissä monimutkaisissa menetelmissä esillä oleva keksintö käyttää menetelmää, jossa arvot voidaan lukea lisäämättä mitään reagensseja ja (haluttaessa) irrottamatta testi-näytettä koko ainesmäärästä. Keksintö ei rajoitu perhapon määritykseen, vaikkakin se on siinä käyttökelpoinen.

Laajasti ottaen esillä olevan keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukainen menetelmä, jolle on tunnusomaista patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa esitetyt asiat.

Yleensä tämä elektrodi pidetään ennalta määrätyssä jännitteessä φ 94557 liuoksen kanssa kosketuksessa olevaan vertailuelektrodiin nähden. Vertailuelektrodi voi olla esimerkiksi tavanomainen hopea/hopeakloridielektrodi, jossa on KCl-suolasilta (sait bridge).

Tietyissä sovellutuksissa, esimerkiksi mitattaessa perhappo-pitoisuuksia liuoksissa, jotka sisältävät suuria, suhteellisen vakioita määriä vetyperoksidia, voidaan vertailuelektrodina käyttää liuoksen kanssa suorassa kosketuksessa olevaa kultaista redox-elektrodia. Tämä on edullista taloudellisessa ja valmistusmielessä, koska tällöin molemmat elektrodit voidaan valmistaa samasta materiaalista.

Vertailuelektrodin käyttöjännite voi olla jatkuva jännite, vaikka keksinnön puitteissa voidaankin suorittaa mittauksia useammalla kuin vain yhdellä kiinteällä jännitteellä.

Valitsemalla sopiva elektrodimateriaali ja sopiva käyttö-jännite järjestetään virta verrannolliseksi halutun lajin pitoisuuteen. Tällöin perhapon määrittelyssä käytetään kultaista elektrodia jännitteellä, joka on 0 volttia tai lähellä sitä. Tällöin tässä elektrodissa oleva virta riippuu välittömästi perhappopitoisuudesta ja vetyperoksidilla on vain vähäinen tai ei lainkaan häiritsevää vaikutusta.

•

On mahdollista käyttää kahden elektrodin järjestelmää, jossa virta kulkee vertailuelektrodin kautta. Tavallisesti kuitenkin on mukana myös kolmas elektrodi. Tämä on vastaelektrodi ja virrankulku tapahtuu pääasiallisesti tämän elektrodin ja käyttöelektrodin välillä, joka jälkimmäinen on päällystetty huokoisella eristeellä samalla, kun minimaalinen virta kulkee vertailuelektrodissa. Tunnistin ja vastaelektrodi on edullisesti muodostettu jalometallista, esim. kullasta.

4 94557

Edullinen menetelmä on tästä syystä amperometerinen menetelmä, jossa: sijoitetaan kolme elektrodia määriteltävän lajin sisältävään liuokseen, jolloin mainitut elektrodit ovat vertailuelektrodi, vastaelektrodi ja käyttöelektrodi, joka on päällystetty mainitulla huokoisella eristeellä, järjestetään jännite-ero vasta- ja käyttöelektrodeihin ja säädetään jännite-eroa ennalta määrätyn jännite-eron säilyttämiseksi vertailuelektrodin ja käyttöelektrodin välillä ja määritellään käyttöelektrodissa oleva virta.

Virran kulku elektrodissa riippuu lineaarisesti pitoisuudesta ja riippuu kyseisen lajin diffuusionopeudesta elektrodiin.

Ilman huokoista eristyspäällystettä muodostuu elektrodin ympärille reagoivien ionien tai molekyylien rajakerros, mutta tämä kerros vaihtelee arvaamattomasti nesteen virratessa elektrodin ohi antaen arvaamattoman vaihtelun virran kulkuun.

Huokoinen päällys ilmeisesti rajoittaa diffuusiota elektrodiin ja tekee siten diffuusionopeuden lähes kokonaan riippuvaiseksi päällyksen paksuudesta ja huokoisuudesta. Mahdollisen rajakerroksen ja/tai rajakerroksen paksuuden vaihteluiden vaikutukset menettävät merkityksensä. Difuusiolle tulee muuttumaton vaikutus ja virta riippuu tästä syystä lähes lineaarisesti pitoisuudesta.

Huokoinen eriste on edullisesti kerroksen muodossa ja erityisen edullinen on kerros, joka on suoraan elektrodin päällä, joka itsessään on johtava kerros eristävällä substraatilla. Huokoisella eristyskerroksella päällystetty käyttöelektrodi ja vasta-elektrodi voivat molemmat olla järjestetyt yhteiseen substraattiin - tällainen on edullinen tunnistin, jota käytetään tämän keksinnön mukaisessa menetelmässä.

5 94557

Toinen virran kulkuiin vaikuttava tekijä on lämpötila. Tästä syystä on hyvin edullista tarkkailla testiliuoksen lämpötilaa ja korjata pitoisuusmääritystä sen mukaisesti. Virran kulun suhde lämpötilaan voidaan määritellä kokeellisesti: se voi hyvinkin olla lineaarinen suhde. Havaitut pitoisuudet voidaan korjata käyttämällä kokeellisesti määriteltyä vuorovaikutusta tai automaattinen lämpötilan korjaus voidaan suorittaa tunnistimeen liitetyillä elektronisilla laitteilla.

Keksintöä voidaan soveltaa ali£aattisten perhappojen pitoisuuden mittaukseen, mutta sitä voidaan myös käyttää muiden pelkistyvien tai hapettuvien kemiallisten lajien pitoisuuksien mittaamiseen valitsemalla asianmukaisella tavalla elektrodi-materiaalit ja käytetyt jännitteet.

Keksinnön mukaista menetelmää voidaan erityisesti käyttää peretikkahapon tai permuurahaishapon tapaisen perkarboksyyli-hapon in situ mittaukseen. Huokoisella eristeellä päällystetty elektrodi voidaan sijoittaa perkarboksyylihappoa kehittävään tai käyttävään järjestelmään ja keksinnön mukaista menetelmää voidaan käyttää perkarboksyylihapon vallitsevan pitoisuuden määrittelemiseksi elektrodin alueella.

Tarkemmin sanoen kolme elektrodia, joista yksi on päällystetty .. huokoisella eristeellä, voidaan asentaa astian tai putkijohdon seinämään, joita tietyin välein käsitellään perkarboksyylihapon liuoksella astian tai putkiston desinfioimiseksi tai ne voidaan sijoittaa perkarboksyylihappoa syöttävän astian tai putkijohdon tai laitteiston seinämään. Tämä laitteisto voi olla sellainen laite, joka on kuvattu ja jolle on patenttia haettu hakijan käsiteltävänä olevassa Eurooppa-patenttihakemuksessa 87.310410.3.

On havaittu, että peretikkahapolla käyttöelektrodissa oleva virta riippuu liuoksen pH:sta sekä perhapon pitoisuudesta ja 6 94557 lämpötilasta. Tämä keskinäinen suhde voidaan kokeellisesti määritellä käyttämällä liuoksia, joiden pH ja peretikkahappo-pitoisuus tunnetaan.

Kun tarkkailtu virta eroaa hieman jonkun muun lajin pitoisuuden mukana, kuten tässä tapauksessa, voidaan mittaustunnistin sijoittaa tätä lajia varten samaan kohtaan kuin kolme elektrodia.

Keksinnön toinen näkökohta koskee edullista elektrodiraken-netta. Tässä keksinnön toisessa osassa muodostetaan elektro-kemiallinen tunnistin, johon kuuluu yksi tai useampia elektrodeja, jotka ovat eristävällä substraatilla olevia metallipi-toisen kerroksen muodostamia alueita, jolloin ainakin yksi elektrodialue on päällystetty suoraan sen päälle vedetyllä huokoisella eristeellä.

Metallipitoisen kerroksen muodostamat alueet on edullisesti kiinnitetty painamalla ja niihin kuuluu substraattiin liitetyssä matriisissa olevia metallihiukkasia.

Substraatti voi olla keraamista materiaalia, johon metalli-pitoiset kerrosalueet on kiinnitetty painamalla seos, joka sitten tulistetaan pysyvästi kiinnitetyn kerroksen muodosta-.·; miseksi. Huokoinen päällyste voidaan muodostaa painamalla tai päällystämällä seos, johon kuuluu lämpöhajoavaa yhdistettä, joka vapauttaa kaasua tämän seoksen tulostamiseksi suoritetun lämmityksen aikana. Tällä tavoin huokoisiksi tehdyt lasiker-rokset ovat tunnettuja ja muitakin menetelmiä huokoisten lasikerrosten aikaansaamiseksi on myös olemassa.

Substraattiin on edullisesti kiinnitetty alueita ainakin kahden elektrodin muodostamiseksi, joista ainakin toinen on sitten päällystetty huokoisella eristeellä.

7 94557

Eräässä edullisessa suoritusmuodossa substraatiin on lisäksi painettu yksi tai useampia lisäosia, joita voi olla: (i) metallipitoinen alue, joka toimii vastuslämpömittarina (lämpötilasta riippuva vastus) ja muodostaa siten lämpötilan tunnistimen, (ii) erilaisten metallien muodostamia alueita, jotka koskettavat toisiaan muodostaen lämpöparin, eli toisenlaisen lämpötilan tunnistimen, (iii) metallialue 1isäelektrodin muodostamiseksi.

On edullista järjestää lämpötilan tunnistin samaan substraattiin kuin elektrodialueet. Kuten yllä mainittiin, tunnistimen tarkkailema virta riippuu lämpötilasta samoinkuin määriteltävän lajin pitoisuudesta, josta syystä on välttämätöntä määritellä lämpötila elektrodissa.

Keraamisen substraatin asemesta voidaan käyttää orgaanista polymeeriä olevaa substraattia, jolloin elektrodialue (-alueet) kiinnitetään jälleen painamalla (esim. painamalla metallihiukkasten dispersiopolymeeriin). Kummassakin tapauksessa huokoisen eristyspäällysteen voi muodostaa huokoinen polymeerikerros.

Useita tunnistimia muodostetaan sopivasti samanaikaisesti yhdelle substraattiosalle, joka sitten halkaistaan yksittäisten tunnistimien erottamiseksi toisistaan.

Keksinnön eräitä suoritusmuotoja selvitetään seuraavaksi .* esimerkin muodossa viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa:

Kuvio 1 esittää substraattiin painettuja kuvioita.

Kuviot 2, 3 ja 5 esittävät osaa lisäkuvioista.

s 94557

Kuvio 4 esittää elektroniyksikön yhdistelmäkuvion, joka on muodostettu kuvioissa 1, 2, 3 ja 5 esitetyistä kuvioista.

Kvuio 6 on kaaviomainen poikkileikkaus valmiista rakenteesta pitkin kuvion 4 linjaa VI-VI ja paksuudet liioiteltuina.

Kuvio 7 esittää ensimmäisen kuvion elektrodiyksikköön, joka on toinen suoritusmuoto.

Kuvio 8 esittää ensimmäisen ja toisen kuvion tähän suoritusmuotoon .

Kuvio 9 esittää eristerakenteet tähän suoritusmuotoon.

Kuviot 10 ja 11 ovat vastaavassa järjestyksessä pitkittäis-ja poikittaisleikkaus putkesta, johon tunnistin on kiinnitetty.

Kuvio 12 on kytkentäkaavio.

Elektrodiyksiköiden valmistus alkaa substraatista, joka on inerttinen keraaminen levy muodostuen pääasiallisesti (96 %) aluminiumoksidista. AIuminiumoksidilevyä on saatavissa monilta eri toimittajilta. Eräs sopiva levy on saatavissa japanilaiselta yhtiöltä Kyocera nimikkellä A476. Neljä elektrodiyksik-köä painetaan vierekkäin tähän levyyn. Niiden välisiä jako-linjoja on esitetty nuolilla A - A.

: Kuviossa 1 esitetty kultavärikuvio on viirapainettu substraat tiin. Kultaväri sisältää kultaa, lasifrittiä tai -sulatetta ja reaktiivisen komponentin, jotka kaikki on dispergoitu liuottimen ja sideaineiden muodostamaan orgaaniseen matriisiin. Sopiva väri on Englehard 4474, jota saadaan yhtiöltä Englehard Sales, 9 94557

Cinderford, Glos., Englanti. Kuten kuviosta 1 voidaan todeta, kuvio muodostuu suorakulmaisista Tainoista 10, 12, jotka toistuvat neljä kertaa. Nämä rainat muodostavat käyttö- ja vastaelektrodit.

Painettu kuvio kuivataan 100 - 120°C:ssa 10 minuutin ajan liuottimen poistamiseksi, lämmitetään sitten progressiivisesti tulistuslämpötilaan 80°C ja jäähdytetään jälleen värin valmistajan suositusten mukaisesti. Orgaaninen matriisi kiehuu tai palaa pois ja jäljelle jäävät materiaalit muodostavat paksun substraattiin sulaneen kalvon. Tämä kalvo sisältää noin 70 paino-% kultahiukkasia, joiden halkaisija on noin 10 mikronia, lasisulatetta ja reaktiivisen komponentin jäännöksen, joka on tavallisesti booriyhdiste ja sitoo lasin, metallihiukkaset ja substraatin yhteen. Tunnetaan myös ilman reaktiivista komponenttia olevia värejä ja niitä on saatavissa useilta valmistajilta.

Seuraavaksi kuviossa 2 esitettyyn kuvioon on painettu lisä-metalli. Tässä kuviossa on suorakulmaiset rainat 14, jotka muodostavat liitännät ja serpentiini- tai kierukkaosa, joka muodostaa vastuslämpömittarina käytettävän lämpötilasta riippuvan vastuksen. Tämän kuvion metalli voi olla platina, nikkeli, kulta tai joidenkin tai kaikkien näiden metallien seos. Metalli painetaan samalla tavoin kuin kultakuviossa, mutta eri metallilla väriin, joka on samanlainen muissa suhteissa. Mikäli metalli on seos, valmistetaan ja painetaan väriseos. Painettu kuvio kuivataan ja tulistetaan samalla tavoin kuin edellä. Metalli tai metalliseos valitaan antamaan haluttu vastuksen lämpötilakerroin.

Siinä tapauksessa, että kuvion 2 kuvio on vain kultaa, se voidaan luonnollisesti painaa samanaikaisesti kuin kuvion 1 kuvio.

10 94557

Seuraava vaihe on kiinnittää läpäisemätön eristyskerros 18 kuviossa 3 esitettyyn kuvioon. Tämä kiinnitetään painamalla kuvio käyttämällä aluminiumoksidia ja lasisulatetta sisältävää väriä ja paino suoritetaan orgaaniseen matriisiin, kuivataan 100 - 120°C:ssa, painetaan sama kuvio jälleen samalla värillä, kuivataan jälleen ja tulistetaan 80°C:ssa. Kuvion kahden pai-namiskerran merkitys on siinä, että toinen kerros sulkee ensimmäisessä kerroksessa mahdollisesti olevat pienet reiät.

Nyt kiinnitetty yhdistelmäkuvio tai -rakenne on esitetty kuviossa 4. Tämä on suorakulmio, jonka ääriviiva on esitetty viitenumerolla 20. Sen läpi menee suorakulmainen ikkuna 22 ja useita peräkkäisiä pieniä neliömäisiä ikkunoita 26. Kuten voidaan nähdä, vastaelektrodin muodostava kultaraina 12 on esillä suorakulmaisessa ikkunassa 22. Käyttöelektrodin muodostava kultaraina on esillä peräkkäisissä neliöissä 26.

Nämä neliöt 26 päällystetään sitten painamalla päälle huokoinen eritysmateriaali 28 kuviossa 5 esitettyyn yksinkertaiseen tapaan, joka on esitetty kuviossa 4 mittaviivoilla. Tämän rakenteen tai kuvion väri sisältää lasisulatetta, aluminiumoksidia ja kalsiumkarbonaattia, jotka kaikki sisältyvät orgaaniseen matriisiin. Väri kuivataan ja tulistetaan samalla tavoin kuin aikaisemmin. Tulistuksen aikana kalsiumkarbonaatti hajoaa muodostaen pieniä hiilidioksidikuplia, jotka siivilöityvät tai tihkuvat sulan lasikerroksen läpi siten, että tulistuksen jälkeen tämä kerros on huokoinen. Tällaisia huokoisia värejä tunnetaan muissa käyttötarkoituksissa ja niitä on saatavissa eri valmistajilta. Edullinen on väri, jota saadaan yhtiöltä Agmet Ltd, Reading, Englanti nimikkellä 4901S.

• · •

Kohdassa 30 esillä olevat rainojen 10, 12 ja 14 alueet toimivat liitäntöinä. Palladium/hopeaseosta painetaan näille alueille 30 niihin tapahtuvan juotoksen helpottamiseksi. Substraatti sahataan ja katkaistaan pitkin nuolten A - A rajoja neljän yksit- η 94557 täisen elektrodiyksikön muodostamiseksi. Liitinjohdot juotetaan kunkin yksikön alueisiin 30.

Kuvioissa 7, 8 ja 9 on esitetty toinen suoritusmuoto, joka on valmistettu samanlaisella menettelytavalla, mutta jossa on hieman monimutkaisemmat rakenteet tai kuviot. Kuten kuviossa 7 on esitetty, alkuperäiseen painettuun kultarakenteeseen kuuluu suora suorakulmainen raina 50, joka muodostaa käyttöelektrodin, J-muotoinen raina 52, joka muodostaa vastaelektrodin ja U-muo-toinen ohut raina 54, joka muodostaa suojaelektrodin (neljäs elektrodi).

Seuraavassa vaiheessa kierukkarakenteella 56 varustettu raina painetaan lämpötilasta riippuvan vastuksen muodostamiseksi. Seuraavassa vaiheessa painetaan sitten läpäisemätön eristysmateriaali 18 näiden rainojen päälle muotoon, joka jättää vastaelektrodin näkyviin Ό-muotoisesta ikkunasta 58, suoja-elektrodin näkyviin U-muotoisesta ikkunasta 60 ja käyttö-elektrodin 50 näkyviin suorakulmaisesta ikkunasta 62. Suoja-elektrodin ja käyttöelektrodin paljastavat ikkunat 60, 62 päällystetään sitten suorakulmaisella huokoisella eritys-materiaalilla, joka on samaa kuin yllä kuvattu materiaali 28.

Sen ääriviiva on esitetty katkoviivaisella suorakulmiolla 64 kuviossa 9. Samalla tavoin kuin aikaisemmin painetaan seuraa-vaksi eri johtimien esillä oleviin alueisiin palladium/hopea-seos niihin suoritettavan juotoksen helpottamiseksi. Tämän jälkeen painetaan kahden läpäisemätöntä eristysmateriaalia olevan kerroksen muodostama suorakulmainen kaista 66 sen alueen ympärille, jolla elektrodit ovat näkyvissä. Tämä suorakulmainen . kaista on "tasausrengas", jonka tarkoituksena on muodostaa hyvä tiivistys muottiin sitten, kun elektrodiyksikkö kapseloidaan.

Samalla tavoin kuin aikaisemmin painetaan neljä elektrodiyksik-köä rinnakkain samanaikaisesti, minkä jälkeen substraattilaatta alajaetaan siten, että muodostuu neljä yksittäistä elektrodi- • · i2 94557 yksikköä.

Tällä tavoin tapahtuneen valmistuksen jälkeen kuvioissa 1-6 esitetty elektrodiyksikkö tai kuvioissa 7, 8 ja 9 esitetty elektrodiyksikkö kapseloidaan epoksihartsilla, joka valetaan sellaiseen muotoon, että se voidaan kiinnittää astiaan tai putkeen.

Elektrodiyksikkö sijoitetaan muottiin, joka on vuorattu poly-tetrafluorietyleenillä. Pala tätä materiaalia tai silikonikumia puristetaan esillä oleviin elektrodialueisiin niiden estämiseksi koskettamasta epoksihartsia. Epoksihartsin edeltäjät (precursoors), jotka on sekmoitettu, joista on poistettu ilma ja jotka on lämmitetty noin 35°C:een, ruiskutetaan muottiin, joka itsessään on esilämmitetty noin 40°C:een.

Täytetystä muotista poistetaan ilma tyhjöeksikkaattorissa ja sen jälkeen se pidetään 60°C:ssa 2 tuntia epoksihartsin kovettamiseksi.

Kuvioissa 10 ja 11 esitetyllä tavalla yleisesti ottaen tasomainen yksikkö 70 on valettu sylinterimäiseen epoksihartsi-tulppaan 72. Tämä tulppa on muotoiltu siten, että se voidaan sovittaa putkeen hitsattuun muhviin 74, jolloin tunnistimen elektrodialue jää esille putken sisäpuolelle. Tulpassa 72 on tappi 76, joka tarttuu muhvissa olevaan loveen tai uraan ja sijoittaa tapin siten, että yksikön 70 taso ulottuu täsmälleen putken kulkusuuntaan. Tiivisterengas 78 on järjestetty tapin ja muhvin väliin ja tappi pysyy muhvissa kierrekannen 80 avulla. Liitäntäjohdot (ei esitetty), jotka on juotettu esillä oleviin metalliosiin 30, kulkevat kapselointihartsin läpi vesitiivii- : seen kaapeliliittimeen 82, joka on sovitettu tulpan 72 yläosan päälle. Tämän kaapeliliittimen sisällä johdot on liitetty ulkopuoliseen kaapeliin (ei esitetty), joka johtaa ohjainlaittei-siin. (Kuvioissa 10 ja 11 kaapelin liitintä on esitetty vain kaaviomaisella ääriviivalla). Kapseloitu elektrodiyksikkö muo • > i3 94557 dostaa käyttöelektrodin ja vastaelektrodin amperometrisen mittauksen suorittamiseksi. Vertailuelektrodi muodostetaan standardilla kaupallisella hopea/hopeakloridielektrodilla 84, joka on sovitettu toiseen muhviin 86, joka on hitsattu putki-osaan 90° kulmassa muhviin 74 nähden, kuten kuviossa 11 on parhaiten esitetty.

Elektrodien kiinnittäminen tällä tavoin putkenpätkään mahdollistaa putkessa olevassa liuoksessa olevan perkarboksyylihapon pitoisuuden mittauksen tarvitsematta ottaa näytteitä pois putkesta. Putki voi olla esimerkiksi osa laitteistoa, joka kehittää perkarboksyylihappoliuosta, kenties puhdistusliuosta. Vaihtoehtoisesti putki voi olla laitteistoa, joka puhdistetaan perkarboksyylihappoa sisältävällä puhdistusliuoksella.

Kun perkarboksyylihappo on peretikkahappo tai aina, kun pH:n mittausta tarvitaan, pH-elektrodi voidaan kiinnittää muhviin, joka on samanlainen kuin toinen muhvi 56 ja hitsattu putkiosaan esimerkiksi suoraan vastapäätä muhvia 86.

Kuviossa 12 on esitetty lohkokaaviona kytkentäjärjestely kuvioissa 7-9 esitetyn tunnistimen käyttämiseksi. Kytkentäjärjestelyyn kuuluu mikroprosessoriin perustuva ohjain 100; digitaali-analogiamuunnin 102; analogia-digitaalimuunnin 104; käyttövahvistin 106, joka on liitetty mukaan jännitteen seuraajana; käyttövahvistin 108, joka toimii summausvahvistimena; käyttövahvistin 110, joka on liitetty virran seuraajaksi; ja resistorit Rl - R4.

Tunnistinta käytetään mikroprosessoriin perustuvalla ohjai-.♦ mella 100, joka lähettää tulostuksen digitaali-analogiamuun- timeen 102 ja joka vastaanottaa syötön analogia-digitaalimuun-timesta 104.

Elektrodit on liitetty potentiostaattipiiriin, jonka muodos- • · 14 94557 tavat käyttövahvistimet 106 ja 108. Tämä piiri on tunnettua tyyppiä. Vertailuelektrodi on liitetty käyttövahvistimen 106 ei-muuntavaan sisääntuloon. Tämän käyttövahvistimen tulostus on liitetty sen muuntavaan sisääntuloon siten, että vahvistin toimii tehokkaasti jännitteen seuraajana. Käyttövahvistimen 106 tulostus on liitetty käyttövahvistimen 108 muuntavaan sisääntuloon resistorin R2 kautta. Tähän samaan muuntavaan sisääntuloon on myös liitetty analoginen tulostus konvertterista 102 resistorin Rl kautta. Käyttövahvistimen 108 ei-muuntava sisääntulo on liitetty maahan resistorin R3 kautta siten, että vahvistin toimii tehokkaasti summausvahvistimena summaten analogiasyötöt sen muuntavaan sisääntuloon. Summausvahvistimen 108 tulostus menee vastaelektrodiin 52.

Yllä kuvatun potentiostaattipiirin toiminta perustuu siihen oletukseen, että vasta- ja vertailuelektrodien 52 ja 84 välillä on ekvivalentti impedanssi Z1 johtuen elektrodien rajapinta-impedansseista ja liuoksen vastuksesta ja että samalla tavoin vertailu- ja käyttöelektrodien 84 ja 50 välillä on ekvivalentti impedanssi Z2 johtuen elektrodien rajapintaimpedansseista ja liuoksen vastuksesta.

Potentiostaattipiirin tehtävänä on säätää vastaelektrodin jännitettä siten, että käyttöelektrodin jännite säilyy tiettynä kiinteänä jännitteenä liuokseen nähden. Tämä kiinteä jännite määritellään digitaali-analogiamuuntimesta 102 tulevalla lähtö-jännitteellä.

Tällöin mikroprosessori on ohjelmoitu siten, että suoritettaessa mittaus se asettaa digitaali-analogiamuuntimesta 102 tulevan lähtöjännitteen tasolle, joka puolestaan asettaa käyttöelektrodin jännitteen.

Jännitteen seuraajana toimiva käyttövahvistin 106 varmistaa sen, että vertailuelektrodin 84 ei tarvitse siirtää mitään i.

15 94557 huomattavaa virtaa ja tämä käyttövahvistin itsessään toimittaa virran, joka syötetään käyttövahvistimen 108 summauspisteeseen.

Muuntamattoman vahvistimen muodossa oleva lisälaite voidaan sijoittaa summausvahvistimen 108 tulostuksen ja vastaelektrodin 52 väliin.

Käyttöelektrodi 50 on liitetty käyttövahvistimen 110 muuntavaan sisääntuloon yhdessä sen tulostuksesta tulevan paluukytkennän kanssa resistorin R4 kautta. Käyttövahvistimen ei-muuntava sisääntulo on liitetty maahan siten, että vahvistin toimii virran seuraajana ja muodostaa jännitesignaalin, joka edustaa käyttöelektrodissa 50 olevaa virtaa. Käyttövahvistimen 110 tulostus on liitetty analogia-digitaalikonvertterin 104 sisääntuloon.

Käyttöelektrodista 50 tuleva johto on verkotettu ja maaelek-trodi 54 on liitetty tähän verkkoon. Tästä syystä maaelektrodi tukkii vasta- ja käyttöelektrodien välillä mahdollisesti esiintyvän vuotovirran, joka saattaisi muussa tapauksessa kulkea elektrodiyksikön sisällä (eli eristyskerroksen 18 alla).

Elektrodit on liitetty virtapiiriin releen kontaktien 114 kautta, joita käytetään mikroprosessorilla. Tämä rele mahdollistaa elektrodien irtikytkemisen silloin, kun mittausta ei suoriteta.

Kun mittausta ei suoriteta, voidaan releen vaihtoehtoisia kontakteja 116 käyttää syöttämään erilaista jännitettä elektrodeihin; erityisesti vasta- ja käyttöelektrodit voidaan liittää vaihtojännitteen lähteeseen silloin, kun mittausta ei suoriteta ympäröivän liuoksen elektrolyysin suorittamiseksi, pienen kaasumäärän vapauttamiseksi ja ei-toivottujen ainesten puhdistamiseksi tällä tavoin elektrodeista. Mikroprosessori-ohjaus voidaan esimerkiksi järjestää siten, että tämä tapahtuu » 94557 - kerran päivässä.

Keksinnön lisäkehitelmässä on järjestetty tasajännite vasta- ja käyttöelektrodeihin 52, 50 ennen mittauksen tekemistä kerrostumien puhdistamiseksi ja elektrodien pintojen saattamiseksi paremmin toistavaan kuntoon ennen mittauksen suorittamista.

Tämä tasavirta voidaan toimittaa myös relekontaktien 116 kautta.

• «

Claims (10)

17 94557

1. Menetelmä hapettimen, pelkistimen tai aineiden, joihin jompikumpi niistä on vaikuttanut, pitoisuuden määrittelemiseksi liuoksessa, tunnettu siitä, että määritellään virran kulku virtapiirissä, joka sisältää elektrodin (10,-50), joka on upotettu testiliuokseen mutta päällystetty huokoisella eristeellä (28), joka on vedetty suoraan elektrodin (10;50) päälle ja joka erottaa elektrodin suorasta kosketuksesta testiliuokseen .

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu elektrodi (10;50) säilytetään ennalta määrätyssä jännitteessä liuokseen kosketuksessa olevaan vertai-luelektrodiin (84) nähden.

3. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että se suoritetaan tunnistimella, jossa mainittu huokoisella eristeellä (28) päällystetty elektrodi (10;50) ja vastaelektrodi (12;52) on sovitettu yhteiseen substraattiin.

4. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä tunnettu siitä, että menetelmässä sijoitetaan kolme elektrodia tutkittavan aineen sisältävään liuokseen, jolloin mainitut elektrodit ovat vertailuelektrodi (84), vastaelektrodi (12;52) ja mainitulla huokoisella eristeellä (28) päällystetty käyttöelektrodi (10;50), vasta- (10;52> ja käyttöelektrodeihin (10;50) suunnataan jännite-ero ja jännite-eroa säädetään ennalta määrätyn jännite-eron säilyttämiseksi vertailuelektrodin (84) ja käyttöelektrodin (10;50) välillä ja määritellään virta käyttöelektrodissa (10;50).

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että siinä lisäksi muodostetaan jännitesignaali, joka edustaa käyttöelektrodissa (10;50) olevaa virtaa. ,8 94557

6. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sitä käytetään perkarboksyylihapon pitoisuuden mittaamiseksi.

7. Elektrokemiallinen tunnistin hapettimen, pelkistimen tai aineiden, joihin jompikumpi niistä on vaikuttanut, pitoisuuden määrittelemiseksi liuoksessa, tunnettu siitä, että siihen kuuluu yksi tai useampia elektrodeja (10,12;50,52,54), jotka ovat eristyssubstraatilla olevia metallipitoisen kerroksen muodostamia alueita, jolloin ainakin yksi elektrodialue (10;50) on päällystetty huokoisella eristeellä (28), joka on vedetty suoraan sen päälle.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen tunnistin, tunnettu siitä, että siinä on kaksi elektrodialuetta, joissa metalli on kultaa ja eristävä huokoinen kerros (28) on vedetty ainakin yhden mainitun elektrodialueen (10;50) päälle.

9. Patenttivaatimuksen 7 tai 8 mukainen tunnistin, t u n - : n e t t u siitä, että siihen kuuluu edelleen metallipitoinen alue (16;56), joka on kerrostettu mainitulle substraatille ja joka muodostaa vastuslämpömittarin.

10. Patenttivaatimuksen 7 tai 8 mukainen tunnistin, tunnettu siitä, että siihen kuuluu erilaisia metalleja sisäl- ' tävät alueet (16;56), jotka on kerrostettu mainitulle substraa tille ja ovat kosketuksessa toisiinsa muodostaen lämpöparin. is 94557