SE512038C2 - Utbytbart mätelektrodsystem med roterande axel - Google Patents

Description

15 20 25 30 512 058 I ett tre-elektrodsystem av ovan beskrivet slag går det idealt ingen ström genom referenselektroden. I det enklaste fallet är den uppmätta strömmen mellan arbetselektroden och motelektroden direkt proportionell mot halten analyt. De kemiska reaktioner som sker vid motelektroden är ur mätsynpunkt vanligtvis ointressanta. Motelektroden avskiljs därför oftast från analytlösningen och placeras i en egen behållare i en vätska som står i elektrisk kontakt med analytlösningen via ett poröst sintrat glasfilter.

På motsvarande sätt kan, istället för en potentiostat, en reglerutrustning som ger en konstant ström användas varvid en resulterande potential uppmäts över arbetselektroden.

Under vissa betingelser kan referenselektroden och motelektroden sammanföras. Detta gäller om de processer som sker vid motelektroden sker reversibelt mot någon komponent i elektrolyten så att hastigheten för de elektrokemiska processerna vid den kombinerade elektroden inte är strömbegränsande för mätning av en analyt vid arbetselektroden.

En svårighet vid amperometriska mätningar är att erhålla väl definierade förhållanden i lösningen vid gränsskiktet mot arbetselektroden. Sådana väldefinierade förhållanden är av betydelse för att erhålla tillförlitliga mätresultat ur vilka giltiga slutsatser, exempelvis valida haltbestämningar, kan dras. Den hastighet med vilken processer sker vid arbetselektroder regleras av den hastighet med vilken elektroner förs över grånsytan mellan analyt i lösningen och elektroden, och/eller av den hastighet med vilken analyten transporteras genom lösningen till denna gränsyta.

För att erhålla en våldefinierad transport av analyt mot elektroden roteras arbetselektroden. Denna utformas därför vanligen som en cylindrisk kropp som på sin undre plana ändyta år försedd med en eller flera elektroder, lO 15 20 25 30 512 oas 3 oftast arbetselektroder. I ett typiskt utförande är en central skivformad dískelektrod, och utanför denna en cirkelformig ringelektrod, placerad på den plana ändytan varvid båda dessa elektroder är arbetselektroder. En sådan konfiguration benämns en roterande ring-diskelektrod. Förutom arbetselektroder kan även referens- och motelektrod byggas in i den roterande kroppen.

Det amerikanska patentet 4,889,608 till G. Eickmann beskriver ett elektrodsystem för fallet med en elektrod, vari elektroden âr placerad i en demonterbar elektrodhållare, vilken elektrodhållare via en adaptor är monterad på en långsträckt, solid metallaxel där axeln också tjänar som elektrisk ledare. Vid byte av elektrod plockas elektrodhållaren isär och själva elektroden kan bytas.

Vid elektrodbyte enligt US 4,889,608 krävs ett särskilt verktyg. Alternativt byts hela elektrodhållaren ut. Elektrodhållaren innehåller emellertid ett flertal komponenter vilket gör den relativt dyr. Därtill år elektrodsystemet endast anpassat för fallet med en elektrod.

Det föreligger således ett behov av ett förenklat utbytbart elektrodsystem för godtyckligt antal elektroder.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Föreliggande uppfmning, vars omfattning anges av patentkrav 1, avser att tillhanda ett mätelektrodsystem med lätt utbytbar mätkropp och som tillåter godtyckligt antal elektroder.

Enligt uppfinningen uppnås detta syfte med en allmänt cylinderforrnig mätkropp som kan anslutas vätsketâtt mot en roterande axel i roterande axeln är försedd med mätanordningen, varvid den íjäderbelastade kontaktstift vilka vart och ett vid mätkroppens anslutning 10 15 20 25 30 512 038 4 bringas i kontakt med en ände av en elektrod, vilken elektrod har en andra ände på mâtkroppens utsida.

Enligt uppfinningen kan mâtkroppen göras mycket enkel och utan rörliga delar. Därtill kan den anpassas för godtyckligt antal kontaktstift genom att förses med motsvarande antal elektroder.

FIGURBESKRIVNING Belysande utföringsforrner av uppfinningen beskrivs närmare i det följande, varvid utföringsformerna illustreras i de medföljande ritningar, i vilka Figur 1 är en schematisk sidovy av ett konventionellt mätsystem.

Figur 2 är en tvärsnittsvy av en första utföringsform av en roterbar axel och en utbytbar mâtkropp enligt föreliggande uppfinning.

Figur 3 är en tvärsnittsvy av en andra utföñngsforrn av en roterbar axel och en utbytbar mätkropp enligt föreliggande uppfinning.

Figur 4 är en tvårsnittsvy av mätkroppen enligt fig. 2.

Figur 5 år en vy ovanifrån av mätkroppen enligt fig. 4.

BELYSANDE UTFÖRINGSFORMER Först skall som bakgrund ett typiskt, i sig känt, mätsystem för användning med uppfinningen beskrivas i allmänna termer, med hänvisning till den schematiska illustrationen i figur 1. Mätsystemet innefattar en mâtkropp 2 fäst på en axel l. Axeln är i sin tur via en kopplingsanordning 4 ansluten till en motor 5, så att mätkropp och axel kan roteras. Motorn är monterad på ett stativ 7.

På mâtkroppens 2 undersida finns minst en arbetselektrod 6. Denna är via en ledning (ej visad) som löper i axeln 1, och vidare via en konventionell kollektoranslutning 8 och en ledning 9, elektriskt ansluten till en lO l5 20 25 30 512 058 5 potentiostat 10. En referenselektrod 11 och en rnotelektrod 12 år via ledningar 13, 14 förbundna med potentiostaten.

Vid användning nedsänks elektrodema 6, 11 och 12 (varvid arbets- elektroden 6 bringas att rotera) i en elektrolyt- och analytlösning 19 i ett kärl 20. Då en spänning läggs över arbetselektroden uppkommer vid arbetselektroden en ström som via kollektoranslutningen 8 leds ut till potentiostaten. Från potentiostaten levereras en måtsignal 15, baserad på den erhållna strömsignalen, till valfritt registrerande organ 17. Av tydlighetsskäl har anslutningsledningar för drivspänningar inte återgivits i figur 1.

Föreliggande uppfinning avser en förbättrad konstruktion av roterbar axel och mätkropp. En första utföringsform av uppfinningen illustreras i ñg. 2, som är en tvârsnittsvy av nedre delen av en roterbar axel 21 med en utbytbar mätkropp 22.

Den roterbara axeln 21, som kan tillverkas av godtyckligt material som är lämpligt lör den miljö i vilken måtutrustningen skall användas, är ihålig för att däri inrymma elektriska ledningar 23, 24 till en kollektoranslutning (ej visad i fig. 2) för kommunikation med omgivningen.

I den roterbara axelns 21 nedre del löper styva kontaktstíft 25, 26 vilka är förbundna med de elektriska ledningarna 23, 24 genom exempelvis lödning. Antalet kontaktstift motsvarar det antal elektroder 16, 18 som mätutrustningen är anpassad för, varvid två visas i ñg. 2.

Varje kontaktstift 25, 26 löper i ett långsträckt hål 30, huvudsakligen parallellt med axelns 21 centrumaxel. En krympslang, delad i en övre del 32 och en nedre del 33, är krympt på kontaktstiftet och tjänar som isolering mot den nedre axeldelen, men även som iörstyvning. De sålunda 10 15 20 25 30 512 038 6 förstyvade kontaktsfiften löper i sina övre ändar med frigång genom hål i en bricka 34 som är anbringad i ett radiellt spår 39 i ett urtag 35 centralt placerat i botten av den roterbara axelns ihåliga inre. Brickan är tillverkad av ett styvt, företrädesvis elektriskt isolerande material, såsom polyamid, PA. Brickan är fastlåst i spåret med en konventionell låsring 36.

I ett läge nedanför brickan 34, men över urtagets 35 botten, är den övre krympslangdelen 32 på varje kontaktstift åtskild från den nedre kryrnpslangdelen 33 med en hylsa 37. I-lylsan har större ytterdiameter än kryrnpslangen så att, för varje kontaktstift, ena änden av en tryckfjäder 38 kan ligga an mot hylsans övre ände medan tryckfjäderns andra ände ligger an mot brickan 34. Tryckijädern förspänner därvid respektive kontaktstift så att detta alltid pressas nedåt. Samtidigt år varje hylsa 37 bredare än respektive hål 30 vilket förhindrar att kontaktstiften pressas ut ur axeln då mätkroppen är avlägsnad.

Den till den roterbara axeln 21 anpassade utbytbara mâtkroppen 22 tillverkas av ett material med lämpliga mekaniska och kemiska egenskaper, såsom polyamid, PA.

Den i fig. 2 visade utföringsforrnen av mätkropp 22 som visas tydligare i fig. 4 och 5, är utformad som en ihålig botteniörsedd cylinder vilken hålls på plats på den roterbara axeln 21 genom klämkraften från en O-ring 29. O- ringen är anbringad i spår 41, 42 i såväl den roterbara axeln som på insidan av mätkroppen, varvid spårens utformning och dimensioner är anpassade för att mätkroppen skall kunna lossas och kopplas fast med handkraft och vidare för att O-ringen även skall ha en tätande funktion.

Två elektroder 16, 18 är införda genom mâtkroppens 22 botten. Elektroden 18 är ringformad så att mätkroppen motsvarar en ring-diskelektrod.

Elektroderna är exponerade på vardera sidan av mätkroppens botten, så 10 15 20 25 30 512 038 7 att den ena sidan av varje elektrod är .exponerad på mätkroppens undre utsida för att bringas i kontakt med mätlösningen, medan den andra sidan kan föras i kontakt med respektive kontaktstíft 25, 26 i axeln.

Genom att placera ett av kontaktstiften 25 är placerat i den roterbara axelns centrum och ett annat kontaktstift 26 är placerat på ett avstånd från axelcentrum som motsvarar ringelektrodens 18 radie erhålls effekten att mâtkroppen kan fästas mot axeln så att korrekt elektrisk kontakt erhålls oavsett hur mâtkroppen är vriden.

Då mâtkroppen fästs mot axeln pressas kontaktstiften in i axeln av mätkroppens inre elektrodytor, varvid god elektrisk kontakt erhålls genom respektive tryckfjäders återförande kraft.

En andra utföringsform av mâtkropp 22 för infästning mot axeln 21 via gänga illustreras i fig. 3. Vid denna utföringsform används en O-ring 43 uteslutande som tätning. Gângor 44 år anbringade på mâtkroppen respektive insidan av ett urtag 45 i axelns nedre del, så att mâtkroppen kan skruvas fast mot axeln. I likhet med den föregående utföringsfonnen tillåter en ring-diskkonfiguration, med motsvarande placering av kontaktstiften, alltid korrekt elektrisk kontakt, medan annan placering av måtkroppens elektroder kräver att gänganslutningen mellan mâtkropp och axel görs med sådan precision att elektroderna alltid kommer direkt under sina respektive kontaktstift då mâtkroppen skruvats fast i axeln.

En mâtkropp enligt denna andra utföringsform har fördelen att vara liten och enkel till sin utformning, men skruvförfarandet vid elektrodbyte kan uppfattas som besvärligt. Även en s k bajonettfattning kan användas för att fästa mâtkroppen mot axeln. Bajonettfattningen, som kan utföras på lämpligt, av fackmannen 10 512 038 8 känt sätt, har fördelen att tillåta noggrann positionering av mâtkroppen i förhållande till axeln, men år typiskt förhållandevis dyr.

Det kan noteras att även om axeln år försedd med ett flertal kontaktstift så kan mâtkroppar med ett färre antal elektroder användas, och vice versa, varvid dock inte alla komponenter utnyttjas till fullo.

Genom uppfinningen tillhandahålls således en prisbíllig mâtkropp med godtyckligt antal elektroder, och en därtill anpassad roterbar axel, för att tillåta elektrodbyte med enkla handgrepp.

Claims (3)

10 15 20 512 038 PATENTKRAV

1. Roterbar axel (2 1) i ett mätelektrodsystem, kännetecknad av att axeln i en ände innefattar minst ett elektriskt ledande kontaktstift (25, 26), varvid varje kontaktstift är förskjutbart infört i en kanal (30) som utmynnar vid axelns ände och kontaktstiftet därtill är försett med ett spärrande organ (37) för att förhindra att kontaktstiftet helt passerar genom kanalen, och varvid axeln innefattar ett fjädrande organ (38) för att pressa kontaktstiftet i en riktning ut från axeln, och axeln vidare innefattar organ (43; 44) fór att kvarhälla en utbytbar mätkropp (22).

2. Mätkropp (22) för anslutning till den roterbara axeln (21) enligt krav 1, kännetecknad av minst en genom mätkroppen fast monterad elektrod (16, 18), varvid varje elektrod är anordnad för att vid montering på den roterbara axeln bringas i kontakt med ett kontaktstift (25, 26) i axeln, och organ (42, 44) för anslutning till den roterbara axeln.

3. Mätutrustning för elektrokemisk mätning innefattande en roterbar axel enligt krav l och en mätkropp enligt krav 2.