DE102019103167A1

DE102019103167A1 - Ionenselektive Elektrode für einen elektrochemischen Sensor

Info

Publication number: DE102019103167A1
Application number: DE102019103167.2A
Authority: DE
Inventors: Manfred Jagiella; Detlev Wittmer; Matthäus Speck; Michael Hanko
Original assignee: Endress and Hauser Conducta GmbH and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser Conducta GmbH and Co KG
Priority date: 2019-02-08
Filing date: 2019-02-08
Publication date: 2020-08-13

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine ionenselektive Elektrode (1) für einen elektrochemischen Sensor sowie einen entsprechenden Sensor. Die Elektrode umfasst einen, insbesondere zylinderförmigen, Sondenkörper (2), eine Emaille-Schicht (4), welche zumindest in einem ersten Teilbereich (T1) des Sondenkörpers (2) angeordnet ist,und eine Analyt-sensitive Schicht (5), welche zumindest in einem zweiten Teilbereich (T2) des Sondenkörpers (2) angeordnet ist derart, dass die Analyt-sensitive Schicht (5) zumindest teilweise in Kontakt mit der Emaille-Schicht (4) ist. Erfindungsgemäß ist ein zweiter Außendurchmesser (d2) des zweiten Teilbereichs (T2) maximal so groß ist wie ein erster Außendurchmesser (d1) des ersten Teilbereichs (T1).

Description

Die Erfindung betrifft eine ionenselektive Elektrode zur Verwendung mit einem elektrochemischen, insbesondere potentiometrischen Sensor, sowie einen potentiometrischen Sensor.
Elektrochemische Sensoren werden in der Labor- und Prozessmesstechnik in vielen Bereichen der Chemie, Biochemie, Pharmazie, Biotechnologie, Lebensmitteltechnologie, Wasserwirtschaft und Umweltmesstechnik zur Analyse von Messmedien, insbesondere von Messflüssigkeiten, eingesetzt. Mittels elektrochemischer Messtechniken lassen sich Aktivitäten chemischer Substanzen, beispielsweise Ionenaktivitäten, und damit korrelierte Messgrößen in Flüssigkeiten erfassen. Die Substanz, deren Aktivität oder Konzentration gemessen werden soll, wird auch als Analyt bezeichnet. Bei den von der Aktivität des Analyten abhängigen Messgrößen handelt es sich beispielsweise um eine Aktivität oder eine Konzentration des Analyten, z.B. einer bestimmten Ionenspezies, oder um einen pH-Wert. Das Messmedium kann eine Messflüssigkeit, beispielsweise eine wasserhaltige Lösung, Emulsion oder Suspension sein. Elektrochemische Messsonden können dabei beispielsweise als potentiometrische oder amperometrische Sensoren ausgebildet sein.
Potentiometrische Sensoren umfassen in der Regel eine Messhalbzelle und eine Bezugshalbzelle sowie eine Messschaltung. Zur Messung werden die Messhalbzelle und die Bezugshalbzelle in Kontakt mit dem Messmedium gebracht. Die Messhalbzelle bildet in Kontakt mit dem Messmedium ein von der Aktivität des Analyten im Messmedium abhängiges, elektrochemisches Potential aus, während die Bezugshalbzelle ein stabiles, von der Konzentration des Analyten weitgehend unabhängiges, elektrochemisches Bezugspotential bereitstellt. Die Messschaltung erzeugt ein analoges oder digitales Messsignal, das die elektrische Potentialdifferenz zwischen der Messhalbzelle und der Bezugshalbzelle und mithin die Aktivität des Analyten im Messmedium repräsentiert. Das Messsignal wird von der Messschaltung gegebenenfalls an eine mit dem Sensor verbundene übergeordnete Einheit ausgegeben, die das Messsignal weiterverarbeitet. Dabei kann es sich um einen Messumformer oder einen Prozesscontroller, z.B. eine SPS, handeln. Ebenso ist eine teilweise oder vollständige Weiterverarbeitung des Messsignals in einer im Sensor angeordneten Einheit möglich.
Die Bezugshalbzelle herkömmlicher potentiometrischer Sensoren ist häufig als Elektrode zweiter Art, z.B. als Silber/Silberchlorid-Bezugselektrode ausgestaltet und elektrisch leitend mit der Messschaltung verbunden.
Die Messhalbzelle umfasst ein potentialbildendes Sensorelement, das je nach Art des potentiometrischen Sensors eine ionenselektive Membran oder Schicht umfassen kann. Beispiele für solche Messhalbzellen sind ionenselektive Elektroden. Eine herkömmliche ionenselektive Elektrode weist ein durch die ionenselektive Membran abgeschlossenes Gehäuse auf, in dem ein in Kontakt mit der Membran stehender Innenelektrolyt aufgenommen ist. Weiter umfasst die ionenselektive Elektrode eine Ableitung, die mit dem Innenelektrolyten in Kontakt steht. Die Ableitung ist elektrisch leitend mit der Messschaltung verbunden. Steht die ionenselektive Membran zur Messung mit dem Messmedium in Kontakt, wechselwirkt die Membran selektiv mit einer bestimmten, in dem Messmedium enthaltenen ionischen Spezies, nämlich mit dem Analyten. Dabei wird durch eine Aktivitäts- bzw. Konzentrationsänderung des Ions in dem Messmedium eine relative Änderung der Gleichgewichts-Galvanispannung zwischen dem Messmedium und dem über den Innenelektrolyten mit der ionenselektiven Membran in Kontakt stehenden Ableitung bewirkt. Ein Spezialfall einer derartigen ionenselektiven Elektrode, nämlich eine die H⁺- bzw. Hydronium-Ionen-Aktivität in einer Messflüssigkeit selektiv erfassenden Elektrode, ist die bekannte pH-Glaselektrode, die als potentialbildendes Sensorelement eine Glasmembran umfasst.
Derartige ionenselektive Glaselektroden, sowie Sensoren mit entsprechenden Glaselektroden, zeichnen sich zwar durch gute Messeigenschaften aus; im Falle einer pH-Glaselektrode betrifft dies beispielsweise die Steigung, Langzeitstabilität, Selektivität und Nachweisgrenze. Jedoch brechen Glaselektroden leicht, weisen also nur eine geringe mechanische Stabilität auf.
Eine Alternative stellen die ionenselektiven sogenannten „Solid-State“-Elektroden dar. In diesem Zusammenhang sind insbesondere Emaille-Elektroden bekannt geworden, wie sie beispielsweise in EP0180071 B1 , EP0614694B1 oder auch WO2018/069591A1 beschrieben sind.
Die Hauptbestandteile von Emaille sind anorganische Oxid-Komponenten. Emaille ist hinsichtlich seiner Eigenschaften mit Glas vergleichbar. Basisbestandteile sind beispielsweise ein oder mehrere der Oxide Siliziumoxid, Natriumoxid, Kaliumoxid, Calciumoxid, Magnesiumoxid und Aluminiumoxid. Auf ein Metallsubstrat aufgetragen, können durch eine Emaille-Beschichtung Haftfestigkeiten von bis zu 100N/m² erzielt werden.
Emaille-Elektroden verfügen in der Regel über einen metallischen Schaft und zeichnen sich entsprechend durch eine hohe mechanische Stabilität aus. Zudem sind sie aufgrund der Emaille-Beschichtung chemisch inert, und können insbesondere auch im Falle von aggressiven Medien, insbesondere für chemische Prozesse, oder solche Prozesse, in denen häufig Reinigungen durchzuführen sind, wie beispielsweise in der Lebensmittelindustrie, verwendet werden.
Zur Erreichung einer ausreichenden Standzeit der jeweiligen Sensoren ist es aber erforderlich, dass die Analyt-sensitive Schicht, welche im emaillierten Bereich aufgebracht wird, vergleichsweise dick ausgeführt wird. Die Konsequenz hieraus ist das Vorhandensein einer vergleichsweise hohen elektrischen Impedanz und damit einhergehend einer schlechteren Signalqualität.
Eine Alternative zur Verwendung vergleichsweise dicker Analyt-sensitiver Schichten besteht in einer Vergrößerung der Geometrie der jeweiligen Elektrode, insbesondere eine Vergrößerung der Fläche des potentialbildenden Sensorelements. Dies hat jedoch zur Folge, dass entsprechende Elektroden aufgrund der zustande kommenden Größen in der Regel nicht in Standard Prozessarmaturen einsetzbar sind. Unter Standard Prozessarmaturen seien in diesem Zusammenhang Prozessarmaturen verstanden, die zur Installation von Sensoren mit einem Durchmesser von 12 mm geeignet sind. Typische Einbaulängen der jeweiligen Elektroden liegen beispielsweise in einem Bereich zwischen 120-225 mm. Emaille Elektroden gemäß Stand der Technik lassen sich häufig nicht in übliche Prozessarmaturen integrieren. Dies führt nachteilig zu einem hohen Installationsaufwand, sowie zu vergleichsweise aufwendigen Kalibrationen und/oder Justagen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine ionenselektive Elektrode für einen elektrochemischen Sensor bereitzustellen, welcher die beschriebenen Nachteile überwindet.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die ionenselektive Elektrode für einen elektrochemischen Sensor nach Anspruch 1, sowie durch den elektrochemischen Sensor nach Anspruch 16.
Die erfindungsgemäße ionenselektive Elektrode für einen elektrochemischen Sensor umfasst einen, insbesondere zylinderförmigen, Sondenkörper, eine Emaille-Schicht, welche zumindest in einem ersten Teilbereich des Sondenkörpers angeordnet ist, und eine Analyt-sensitive Schicht, welche zumindest in einem zweiten Teilbereich des Sondenkörpers angeordnet ist derart, dass die Analyt-sensitive Schicht zumindest teilweise in Kontakt mit der Emaille-Schicht ist. Die Emaille-Schicht ist so ausgestaltet, dass sich die Emaille insbesondere auf der dem Sondenkörper abgewandten Seite ausbildet. Die Analyt-sensitive Schicht ist wiederum bevorzugt derart angeordnet und/oder ausgestaltet, dass sie während des Betriebs eines entsprechenden elektrochemischen Sensors zumindest zeit- und/oder teilweise Kontakt mit einem Messmedium hat.
Die Emaille-Schicht kann aus einer einzigen Schicht oder aus mehreren, insbesondere übereinander angeordneten, Teilschichten aufgebaut sein. Die Emaille-Schicht umfasst also zumindest eine Teilschicht. Im Falle, dass zumindest zwei Teilschichten vorhanden sind, handelt es sich zumindest bei einer Oberfläche des Sondenkörpers abgewandten Teilschicht um eine Emaille. Zudem können unterschiedliche Teilschichten aus unterschiedlich zusammengesetzten Emaillen bestehen. Neben besagter Emaille-Schicht und besagter Analyt-sensitiver Schicht kann die Elektrode zudem zumindest eine Zwischenschicht umfassen, insbesondere kann zwischen der Emaille-Schicht und der Analyt-sensitiven Schicht, insbesondere sofern diese zumindest teilweise übereinander angeordnet sind, eine Zwischenschicht angeordnet sein.
Erfindungsgemäß ist ein zweiter Außendurchmesser des zweiten Teilbereichs maximal so groß ist wie ein erster Außendurchmesser des ersten Teilbereichs. Der Außendurchmesser im ersten bzw. zweiten Teilbereich setzt sich jeweils zumindest zusammen aus einem ersten Durchmesser des Sondenkörpers und einer ersten Dicke der Emaille-Schicht und/oder einer zweiten Dicke der Analyt-sensitiven Schicht. Die Emaille-Schicht und die Analyt-sensitive Schicht können sowohl nebeneinander als auch zumindest teilweise übereinander angeordnet sein.
Dadurch, dass der zweite Außendurchmesser des zweiten Teilbereichs maximal so groß ist wie der erste Außendurchmesser des ersten Teilbereichs, ist gewährleistet, dass die Elektrode, insbesondere lösbar, in eine Standard-Armatur einbringbar ist. Die Elektrode ist also durch eine Öffnung in einem Behälter oder durch eine Prozessarmatur einfach, insbesondere von außen, in den Behälter ein- und ausbringbar. Es gibt insbesondere keine Vergrößerung des Außendurchmessers der Elektrode im zweiten Teilbereich gegenüber dem ersten Teilbereich.
Sowohl die Emaille-Schicht als auch die Analyt-sensitive Schicht ist bevorzugt zumindest teilweise in einem Abschnitt der Elektrode angeordnet, welche im fortlaufenden Betrieb eines jeweiligen Sensors mit dem Medium in Kontakt kommt, also in einem Abschnitt, welche durch eine Prozessarmatur in einen das Medium enthaltenden Behälter eingebracht wird.
Eine derartige Ausgestaltung der Elektrode ist auch vorteilhaft in Bezug auf die Dichtungs- und/oder Hygieneeigenschaften, wenn die Elektrode dicht und/oder hygienisch in einen das Prozessmedium enthaltenden Behälter eingebracht wird.
Es ist einerseits denkbar, dass die Elektrode eine einzige Analyt-sensitive Schicht aufweist. Ebenso ist es aber möglich, dass die Elektrode auch zumindest zwei, insbesondere voneinander getrennte, Analyt-sensitive Schichten aufweist, welche in unterschiedlichen Teilbereichen angeordnet sind, wobei der Außendurchmesser in beiden jeweils eine Analyt-sensitive Schicht enthaltenden Teilbereichen maximal so groß ist wie der erste Außendurchmesser im ersten Teilbereich.
In einer Ausgestaltung enthält die Analyt-sensitive Schicht Lithium.
In einer weiteren Ausgestaltung beträgt der erste Außendurchmesser des ersten Teilbereichs etwa, insbesondere maximal, 12 mm. Damit ist der zweite Außendurchmesser des zweiten Teilbereichs ebenfalls etwa, insbesondere maximal, 12mm. Die Elektrode ist also nicht nur lösbar in eine beliebige Prozessarmatur einbringbar, sondern insbesondere in eine Standard-Armatur.
Noch eine Ausgestaltung beinhaltet, dass eine Einbaulänge von einem ersten Endbereich der Elektrode bis zu einem in einem zweiten Endbereich der Elektrode angeordneten Elektrodenkopf oder bis zu einem Bereich, in welchem die Elektrode über einen Prozessanschluss an oder in einem Behälter befestigbar ist, beispielsweise eine PG13,5-Prozessverschraubung, im Bereich zwischen 120-500 mm liegt.
Es ist von Vorteil, wenn der Sondenkörper vollständig emailliert ist. Der Sondenkörper ist in diesem Falle in jenem Abschnitt der Elektrode emailliert, welche im fortlaufenden Betrieb eines entsprechenden Sensors mit dem jeweiligen Messmedium in Kontakt kommt. Darüber hinaus ist der Sondenkörper aber auch bis zu einem zweiten Endbereich emailliert, also in jenem Abschnitt, welcher im fortlaufenden Betrieb üblicherweise nicht mit dem Medium in Kontakt kommt. Eine vollständige Emaillierung des Sondenkörpers ist fertigungstechnisch einfach realisierbar.
Der erste Teilbereich ist in einer alternativen Ausgestaltung wiederum derart gewählt, dass er einen mit dem Medium in Kontakt kommenden Abschnitt der Elektrode umfasst. Dieser Abschnitt erstreckt sich von einem ersten Endbereich der Elektrode beispielsweise bis hin zu einem Dichtbereich, der insbesondere eine Dichtfläche umfassend kann. Im an oder in einem Behälter befestigten Zustand der Elektrode ist dieser Dichtbereich üblicherweise in einem Bereich eines Prozessanschlusses, insbesondere einer Standard-Armatur, angeordnet, welcher dem Einbringen der Elektrode in den Behälter dient. Der Abschnitt umfasst also ggf. auch einen Dichtungsbereich der Elektrode. Die Emaillierung erstreckt sich also über den mit dem Medium in Kontakt kommenden Abschnitt hinaus. Für diese Ausgestaltung ist also zumindest jener Abschnitt der Elektrode, welcher im fortlaufenden Betrieb des jeweiligen Sensors in den Behälter hineinragt, vollständig emailliert. In dem Abschnitt, welcher im fortlaufenden Betrieb nicht mit Medium in Kontakt kommt, welcher also außerhalb des Behälters verbleibt, ist eine Emaillierung nicht erforderlich. Eine derartige Wahl des ersten Teilbereichs ist dagegen kostengünstig umsetzbar.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Elektrode, insbesondere im Bereich einer Dichtfläche der Elektrode, eine kreisrunde Querschnittsfläche auf. Insbesondere ist eine Rundheit der Elektrode, gemäß der DIN ISO 1101 Norm kleiner gleich 0,1 mm.
Es ist ebenso von Vorteil, wenn ein Rundlauf und/oder eine Zylinderform der Elektrode, insbesondere im Bereich einer Dichtfläche, gemäß der DIN ISO 1101 Norm kleiner 0,1 mm, bevorzugt kleiner als 0,05mm ist/sind.
Eine weitere Ausgestaltung der Elektrode beinhaltet, dass eine Dicke der Analyt-sensitiven Schicht und/oder eine Dicke der Emaille-Schicht kleiner als 1 mm, bevorzugt kleiner als 0,5 mm, besonders bevorzugt kleiner 0,3 mm ist/sind. Hierdurch kann eine vergleichsweise geringe Impedanz der jeweiligen Messkette des jeweiligen Sensors gewährleistet werden. Dies führt zu einem deutlich verbesserten Signal-zu-RauschVerhältnis bzw. Signal-/Störungs-Verhältnis.
Eine bevorzugte Ausgestaltung beinhaltet, dass die Emaille-Schicht und/oder die Analyt-sensitive Schicht jeweils unmittelbar auf den Sondenkörper aufgetragen ist/sind. Sofern beide Schichten unmittelbar auf den Sondenkörper aufgebracht sind, können die Emaille-Schicht und die Analyt-sensitive Schicht beispielsweise zueinander benachbart angeordnet sein. Alternativ ist es auch denkbar, dass die Analyt-sensitive Schicht zwischen zwei emaillierten Ausschnitten des ersten Teilbereichs angeordnet ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Analyt-sensitive Schicht zumindest teilweise auf der Emaille-Schicht aufgebracht. In dieser Hinsicht ist es einerseits denkbar, dass die Analyt-sensitive Schicht nur in zumindest einem Überlappungsbereich auf der Emaille-Schicht angeordnet ist. Ebenso ist es aber denkbar, dass die Analyt-sensitive Schicht vollständig auf die Emaille-Schicht aufgebracht ist.
Um zu gewährleisten, dass der zweite Außendurchmesser des zweiten Teilbereichs maximal so groß ist wie der erste Außendurchmesser des ersten Teilbereichs, sind verschiedenste Maßnahmen denkbar, von denen ein paar besonders bevorzugte Varianten im Folgenden angegeben sind.
In einer Ausgestaltung ist ein Durchmesser des Sondenkörpers variabel, wobei ein zweiter Durchmesser des Sondenkörpers im zweiten Teilbereich kleiner ist als ein erster Durchmesser des Sondenkörpers im ersten Teilbereich. Insbesondere wird der Durchmesser derart variiert, dass der zweite Außendurchmesser des zweiten Teilbereichs maximal so groß ist wie der erste Außendurchmesser des ersten Teilbereichs. Der Sondenkörper kann zu diesem Zweck beispielsweise zumindest eine Nut, einen Absatz und/oder eine Verjüngung des Durchmessers aufweisen.
In einer weiteren Ausgestaltung ist die Dicke der Emaille-Schicht variabel, wobei eine zweite Dicke der Emaille-Schicht im zweiten Teilbereich geringer ist als eine erste Dicke der Emaille-Schicht im ersten Teilbereich. In diesem Fall wird also insbesondere der Durchmesser der Emaille-Schicht derart variiert, dass der zweite Außendurchmesser des zweiten Teilbereichs maximal so groß ist wie der erste Außendurchmesser des ersten Teilbereichs.
Es ist ebenfalls denkbar, Durchmesser und/oder Dicken mehrerer Komponenten der Elektrode, insbesondere den Durchmesser der Sondenelektrode, die Dicke der Emaille-Schicht und/oder die Dicke der Analyt-sensitiven Schicht zu variieren.
Eine weitere besonders bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass der zweite Teilbereich eine scheibenförmige, ringförmige, kappenförmige und/oder zumindest teilweise kugelförmige, insbesondere halbkugelförmige oder nahezu kugelförmige, Geometrie aufweist. Der zweite Teilbereich kann dabei im Bereich einer Mantelfläche und/oder einer Grundfläche des Sondenkörpers angeordnet sein. Der Sondenkörper ist vorzugsweise zylindrisch ausgestaltet, wobei ein Endbereich des Sondenkörpers, welcher im Betrieb eines jeweiligen Sensors mit dem Medium in Kontakt kommt, planar, oder abgerundet, insbesondere kugelförmig, ausgestaltet ist.
In einer Ausgestaltung umfasst die Elektrode eine Dichtfläche, mittels welcher die Elektrode dichtend in einen Behälter, insbesondere in eine Prozessarmatur, einbringbar ist. Beispielsweise umfasst die Prozessarmatur oder eine Öffnung im Behälter einen Dichtring, welcher die Dichtfläche umschließt und somit abdichtet. Die Dichtfläche ist bevorzugt innerhalb des ersten Teilbereichs, also im emaillierten Teilbereich der Elektrode angeordnet.
In einer Ausgestaltung umfasst die Elektrode eine elektrisch leitfähige Schicht, welche in einem dritten Teilbereich des Sondenkörpers angeordnet ist. Die Anordnung kann direkt und/oder indirekt auf dem Sondenkörper erfolgen. Der dritte Teilbereich kann sich sowohl in einem nach innen als auch in einem nach außen gewandten Bereich des Sondenkörpers befinden.
Die elektrisch leitfähige Schicht dient der elektromagnetischen Schirmung und/oder kann zur Verwendung der Elektrode als Redox-aktives Element, als elektrisches Potentialausgleichselement (PAL) und/oder zur Ableitung des elektrochemischen Potentials der Analyt-sensitiven Schicht verwendet werden. Vorteilhaft führt die Verwendung einer elektrisch leitfähigen Schicht zu einem verbesserten Signal-zu-Rauschverhältnis. Hierdurch ist es möglich, die Analyt-sensitive Schicht im Vergleich zum Stand der Technik mit einer geringeren Dicke und/oder entlang eines verringerten Teilbereichs anzuordnen. Es können also weitaus kompaktere Elektroden mit gleichbleibendem Signal-zu-Rauschverhältnis bzw. Signal-/Störungs-Verhältnis hergestellt werden.
In einer Ausgestaltung ist der dritte Teilbereich in einem nach innen gewandten Bereich des Sondenkörpers angeordnet. Vorzugsweise erstreckt sich in diesem Falle der dritte Teilbereich entlang des gesamten Sondenkörpers und umfasst insbesondere einen zweiten Abschnitt der Elektrode, welche im fortlaufenden Betrieb eines entsprechenden Sensors nicht mit dem Medium in Kontakt kommt, also insbesondere einen Abschnitt, welcher außerhalb eines das Medium enthaltenden Behälters angeordnet ist.
In einer weiteren Ausgestaltung ist der dritte Teilbereich in einem nach außen gewandten Bereich des Sondenkörpers angeordnet, wobei der zweite Teilbereich vom dritten Teilbereich getrennt ist. Die elektrisch leitfähige Schicht kann in diesem Falle teilweise auch den zweiten Abschnitt der Elektrode, welcher mit dem Medium in Kontakt kommt, umfassen. Sie kann somit auch einen Ausschnitt des ersten Teilbereichs, in welchem die Emaille-Schicht angeordnet ist, umfassen; sie umfasst jedoch nicht den zweiten Teilbereich. Sie ist vielmehr in diesem Falle nicht mit der Analyt-sensitiven Schicht in Kontakt.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung umgibt der dritte Teilbereich zumindest den ersten Teilbereich zumindest teilweise, wobei der zweite Außendurchmesser des zweiten Teilbereichs maximal so groß ist wie ein dritter Außendurchmesser des dritten Teilbereichs. Für diese Ausgestaltung ist die elektrisch leitfähige Schicht also in einem nach außen gewandten Bereich des Sondenkörpers angeordnet. Ferner ist der Außendurchmesser des zweiten Teilbereichs, in welchem die Analyt-sensitive Schicht angeordnet ist, maximal so groß wie ein Außendurchmesser des dritten Teilbereichs, welcher sich für diese Ausgestaltung aus der Summe des Durchmessers des Sondenkörpers sowie den Dicken der Emaille-Schicht und der elektrisch leitfähigen Schicht zusammensetzt. Dies erlaubt die lösbare Befestigung in einer Prozessarmatur.
Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass die elektrisch leitfähige Schicht zumindest ein Edelmetall, insbesondere Gold oder Platin, umfasst.
Noch eine Ausgestaltung beinhaltet, dass die Elektrode zumindest eine elektrische Leitung umfasst, mittels welcher die leitfähige Schicht elektrisch kontaktiert ist. In diesem Falle ist sowohl eine aktive elektromagnetische Schirmung als auch eine passive elektromagnetische Schirmung denkbar.
Die elektrische Leitung dient insbesondere der elektrischen Kontaktierung der elektrisch leitfähigen Schicht mit einer Messschaltung eines entsprechenden Sensors (aktiv) oder mit einer Referenzelektrode eines entsprechenden Sensors (passiv).
In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Elektrode eine flexible, insbesondere geschirmte, Leiterkarte zur elektrischen Kontaktierung der Analyt-sensitiven Schicht.
In noch einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Elektrode einen Vorverstärker, welcher in einem Innenvolumen des Sondenkörpers angeordnet ist. Der Vorverstärker führt zu einer weiteren Verbesserung des Signal-zu-Rauschverhältnisses.
In einer Ausgestaltung umfasst die Elektrode eine mechanisch stabilisierende, insbesondere elektrisch isolierende, Schicht, welche in einem vierten Teilbereich des Sondenkörpers angeordnet ist. Die mechanisch stabilisierende Schicht ist bevorzugt zumindest auf einen Abschnitt des ersten Teilbereichs aufgebracht und umgibt zumindest teilweise die Emaille-Schicht. Sie umfasst jedoch nicht den zweiten Teilbereich. Die Analyt-sensitive Schicht ist also nicht von der mechanisch stabilisierenden Schicht umgeben. Die Verwendung einer zusätzlichen mechanisch stabilisierenden Schicht erhöht die mechanische Stabilität der Elektrode. Die Elektrode wird durch diese Maßnahme im Wesentlichen splitterfrei.
Vorzugsweise ist der zweite Außendurchmesser im zweiten Teilbereich maximal so groß wie ein vierter Außendurchmesser im vierten Teilbereich. Auf diese Weise kann auch bei Verwendung einer mechanisch stabilisierenden Schicht gewährleistet werden, dass die Elektrode auf einfache Weise in den jeweiligen Behälter einbringbar und aus dem jeweiligen Behälter ausbringbar ist.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird ferner gelöst durch einen elektrochemischen Sensor zur Messung einer Ionenaktivität in einem Messmedium, umfassend eine Analyt-sensitive Elektrode nach einer der beschriebenen Ausgestaltungen und eine Referenz- bzw. Bezugselektrode. Insbesondere handelt es sich um einen potentiometrischen Sensor, mit welchem über eine ebenfalls vorhandene Messschaltung eine Potentialdifferenz zwischen der ionenselektiven Elektrode und der Bezugselektrode erfassbar ist. Der Sensor kann zur Ermittlung einer von der Konzentration oder Aktivität eines Analyten, insbesondere eines Analyt-Ions, in einem Messmedium abhängigen Messgröße dienen. Das Messmedium kann eine Messflüssigkeit, beispielsweise eine wasserhaltige Lösung, Emulsion oder Suspension sein.
Die Messschaltung kann weiter dazu ausgestaltet sein, ein Messsignal basierend auf der erfassten Potentialdifferenz zu erzeugen. Sie kann mit einer übergeordneten Datenverarbeitungselektronik, z.B. einem Messumformer oder Transmitter, verbunden oder verbindbar sein und dazu eingerichtet sein, das Messsignal an die übergeordnete Datenverarbeitungselektronik auszugeben. Die Datenverarbeitungselektronik kann dazu eingerichtet sein, aus dem Messsignal einen Messwert der mittels des potentiometrischen Sensors zu ermittelnden Messgröße, z.B. einer Analytaktivität- oder Konzentration oder des pH-Werts, zu ermitteln und auszugeben und/oder anzuzeigen. Ebenso kann die Datenverarbeitungselektronik im Sensor integriert sein und insbesondere einen Datenspeicher, insbesondere zur zumindest zeitweisen Speicherung von Kalibrier-, Sensor- und/oder Messdaten, umfassen.
Bevorzugt ist die übergeordnete Datenverarbeitungselektronik in einem Sensorkopf angeordnet, wobei ein Datenaustausch zwischen der Messschaltung und der übergeordneten Datenverarbeitungselektronik induktiv über eine Verbindungsstrecke, die zur galvanischen Entkopplung dient.
Der Sensor verfügt ferner bevorzugt über ein PG13,5 Gewinde zur lösbaren Verbindung des Sensors mit dem Behälter, insbesondere über eine Standard-Prozessarmatur
Es sei darauf verwiesen, dass die in Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Elektrode beschriebenen Ausgestaltungen sich mutatis mutandis auch auf den erfindungsgemäßen Sensor anwenden lassen und umgekehrt.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren 1 - 5 näher erläutert. Es zeigt

1: eine emaillierte ionenselektive Elektrode gemäß Stand der Technik;
2: verschiedene Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen Elektrode, bei welchen die Emaille-Schicht und die Analyt-sensitive Schicht direkt auf den Sondenkörper aufgebracht sind;
3: verschiedene Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen Elektrode, wobei (a,b,c) ein Durchmesser des Sondenkörpers entlang seiner Längsachse, und (d,e) eine Dicke der Emaille-Schicht entlang ihrer Längsachse variabel ausgestaltet sind;
4: zwei mögliche Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen Elektrode mit einer elektrisch leitfähigen Schicht; und
5: zwei mögliche Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen Elektrode mit einer mechanisch stabilisierenden Schicht.

In den Figuren sind gleiche Elemente jeweils mit demselben Bezugszeichen versehen.
In 1 ist eine emaillierte ionenselektive Elektrode 1 gemäß Stand der Technik dargestellt. Die Elektrode 1 weist einen zylindrischen Sondenkörper 2 auf, welcher in einem Endbereich 2a abgerundet ist. Im fortlaufenden Betrieb eines entsprechenden Sensors [hier nicht gezeigt] kommt die Elektrode 1 in einem ersten Abschnitt A, welcher den Endbereich 2a umfasst und welcher für die hier gezeigte Ausgestaltung bis zu einem Dichtbereich der Elektrode 1 reicht, in welchem die Elektrode 1 mittels eines Prozessanschlusses 3 in einem hier nicht separat dargestellten Behälter befestigt ist, mit einem Messmedium [ebenfalls nicht dargestellt] in Kontakt.
Auf den Sondenkörper 2 ist nach außen gewandt zumindest in einem ersten Teilbereich T1, welcher sich aus den beiden Unterbereichen T1a und T1b zusammensetzt, eine Emaille-Schicht 4 aufgetragen, welche den Sondenkörper 2 umgibt. Für die hier gezeigte Ausgestaltung ist der Sondenkörper 2 sogar vollständig emailliert. In einem zweiten Teilbereich T2 innerhalb des Abschnitts A ist ferner eine Analyt-sensitive Schicht 5 aufgebracht. Die Emaille-Schicht 4 sorgt dafür, dass die Elektrode eine hohe mechanische Stabilität aufweist und chemisch inert ist. Allerdings muss aus verschiedenen in der Einleitung beschriebenen Gründen die Analyt-sensitive Schicht 5 in der Regel vergleichsweise dick ausgeführt werden, um eine gute Messgenauigkeit gewährleisten zu können. Da ein Außendurchmesser d2 des zweiten Teilbereichs T2 größer ist als ein erster Außendurchmesser d1 außerhalb dieses Teilbereichs T2, ist die Elektrode 1 allerdings nicht zur Verwendung mit Standard-Prozessarmaturen geeignet. Insbesondere muss sie üblicherweise fest mit dem jeweiligen Behälter [nicht gezeigt] bzw. Prozessanschluss 3 verbunden werden, was insbesondere einen hohen Installationsaufwand bedeutet.
Dieser Problematik begegnet die vorliegende Erfindung dadurch, dass der zweite Außendurchmesser d2 des zweiten Teilbereichs T2 maximal so groß ist wie der erste Außendurchmesser d1 des ersten Teilbereichs T1, in welcher die Emaille-Schicht 4 auf den Sondenkörper 2 aufgebracht ist. In diesem Zusammenhang sind unterschiedlichste Ausgestaltungen denkbar, von denen einige besonders bevorzugte Varianten in den nachfolgenden Figuren beispielhaft angegeben sind.
2 zeigt vier verschiedene Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen Elektrode 1, bei welcher die Emaille-Schicht 4 und die Analyt-sensitive Schicht 5 jeweils direkt auf den Sondenkörper 2 aufgebracht sind. Gemäß 2a ist die Analyt-sensitive Schicht 5 in einem zweiten Teilbereich T2 angeordnet, welcher zwischen zwei Unterbereichen T1a und T1b des ersten Teilbereichs T1 angeordnet ist. Der zweite Teilbereich T2 ist ringförmig ausgestaltet und im Bereich einer Mantelfläche des Sondenkörpers 2 angeordnet. Im Übergangsbereich 6 sind die Analyt-sensitive Schicht 5 und die Emaille-Schicht miteinander in Kontakt. Für die in 2a gezeigte Ausgestaltung sind der erste d1a und der zweite Außendurchmesser d1b der beiden Unterbereiche T1a und T1b des ersten Teilbereichs T1 im Wesentlichen gleich groß (d1a=d1b=d1). Ferner ist der zweite Außendurchmesser d2 des ersten Teilbereichs T1 so groß wie der Außendurchmesser d1 des ersten Teilbereichs T1 [d1=d2]. Auf diese Art und Weise kann die Elektrode 1 für eine Standard-Armatur verwendet werden.
Die Elektrode 1 umfasst ferner eine Dichtfläche 7, welche sich im ersten Unterbereich T1a des ersten Teilbereichs T1 befindet. Im Bereich der Dichtfläche 7 kann die Elektrode 1 dichtenf an oder in einem Behälter befestigt werden.
Beide Unterbereiche T1a und T1b des ersten Teilbereichs sind so angeordnet, dass sie mit zumindest teilweise einen mit dem Medium in Kontakt kommenden Abschnitt A der Elektrode 1 umfassen. Der erste Unterbereich T1b umfasst dabei den ersten Endabschnitt 2a der Elektrode 1; der zweite Unterbereich T1a erstreckt sich vom zweiten Teilbereich T2 aus über Dichtfläche 7 und umfasst über die Dichtfläche hinaus einen Toleranzbereich T zur Sicherstellung einer vollständigen Emaillierung des Abschnitts A der Elektrode, welcher vom ersten Endabschnitt 2a bis zur Dichtfläche 7 verläuft.
Auch für die Ausgestaltung gemäß 2b ist der Sondenkörper 2 im Bereich T1 emailliert. Hier unterteilt sich der erste Teilbereich T1 jedoch nicht in zwei Unterbereiche. Der zweite Teilbereich T2, in welchem die Analyt-sensitive Schicht 5 angeordnet ist, ist kappenförmig ausgestaltet und umfasst den Endbereich 2a des Sondenkörpers 2. Der erste Teilbereich T1 und der zweite Teilbereich T2 sind demnach benachbart zueinander und sind ferner im Übergangsbereich 6 miteinander in Kontakt. Wie im Falle der Ausgestaltung gemäß 2a ist der erste Außendurchmesser d1 des ersten Teilbereichs T1 gleich dem zweiten Außendurchmesser d2 des zweiten Teilbereichs T2.
Es sei darauf verwiesen, dass der zweite Außendurchmesser d2 des zweiten Teilbereichs T2 nicht zwingend notwendig gleich dem ersten Außendurchmesser d1 des ersten Teilbereichs T1 entsprechen muss. Vielmehr kann der zweite Außendurchmesser d2 auch kleiner als der erste Außendurchmesser d1 sein.
Während für die Ausgestaltungen gemäß 2a und 2b der Sondenkörper 2 im Endbereich 2a mit einer Oberfläche eines Kugelabschnitts abschließt, schließt der Sondenkörper für die Ausgestaltungen gemäß den Figuren 2c und 2d mit einer konkaven Grundfläche G ab. Im Bereich der Grundfläche G ist jeweils der zweite Teilbereich T2 und damit einhergehend die Analyt-sensitive Schicht 5 angeordnet. Für die Ausgestaltung gemäß 2c ist der zweite Teilbereich T2 kreisförmig ausgestaltet, während sie für die Ausgestaltung gemäß 2d ringförmig ausgestaltet ist. In beiden Fällen ist der zweite Außendurchmesser d2 kleiner als der erster Außendurchmesser d1.
Es ist auch denkbar, dass der Sondenkörper mit einer planaren Grundfläche G abschließt. Auch in diesem Falle wäre der zweite Außendurchmesser d2 kleiner als der erste Außendurchmesser d1.
Um zu erreichen, dass der zweite Außendurchmesser d2 des zweiten Teilbereichs T2 maximal so groß ist wie der erste Außendurchmesser d1 des ersten Teilbereichs T1, kann beispielsweise auch ein Durchmesser D des Sondenkörpers 2 variabel ausgestaltet sein, wie in 3a-3c gezeigt. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine Dicke δ der Emaille-Schicht 4 variabel ausgestaltet sein (vgl. 3d und 3e).
In 3a weist der Sondenkörper 2 im ersten Teilbereich T1 einen ersten Durchmesser D1 auf, welcher größer ist als ein zweiter Durchmesser D2 im zweiten Teilbereich T2. Der Sondenkörper 2 ist beispielsweise vollständig emailliert und im zweiten Teilbereich T2, welcher vom ersten Teilbereich T1 erfasst ist, ist die Analyt-sensitive Schicht 5 angeordnet. Die Differenz des ersten D1 und zweiten Durchmessers D2 entspricht beispielsweise im Falle einer konstanten Dicke δE der Emaille-Schicht 4 maximal der Dicke δA der der Analyt-sensitiven Schicht 5, so dass der Außendurchmesser d2 des zweiten Teilbereichs T2 so groß ist wie der erste Außendurchmesser d1 des ersten Teilbereichs T1. Der Außendurchmesser d2 des zweiten Teilbereichs T2 kann aber auch kleiner sein als der erste Außendurchmesser d1 des ersten Teilbereichs, wie in 3b dargestellt.
Neben einer kappenförmigen Ausgestaltung des zweiten Teilbereichs T2 kann der zweite Teilbereich T2 beispielsweise auch ringförmig ausgestaltet sein, wie in 3c gezeigt. Der erste Teilbereich T1 untergliedert sich erneut in zwei Unterbereiche T1a und T1b mit den Außendurchmessern d1a und d1b, welche für die gezeigte Ausgestaltung gleich groß sind (d1a=d1b=d1). Auch die Durchmesser D1a und D1b des Sondenkörpers 1 sind in beiden Unterbereichen T1a und T1b gleich groß (D1a=D1b=D1). Im zweiten Teilbereich T2 weist der Sondenkörper dagegen eine Nut auf derart, dass der erste Durchmesser D1 des Sondenkörpers, bzw. die Durchmesser D1a und D1b des Sondenkörpers 2 größer sind als der zweite Durchmesser D2 des Sondenkörpers 2 im zweiten Teilbereich T2. Auch in diesem Falle entspricht die Differenz des ersten D1 und zweiten Durchmessers D2 beispielsweise im Falle einer konstanten Dicke δE der Emaille-Schicht 4 maximal der Dicke δA der der Analyt-sensitiven Schicht 5, so dass der Außendurchmesser T2 des zweiten Teilbereichs T2 maximal so groß ist wie der Außendurchmesser d1 des ersten Teilbereichs T1.
Bei den Ausgestaltungen gemäß 3d und 3e, welche bezüglich der Ausgestaltungen der Analyt-sensitiven Schicht 5, bzw. bezüglich der Ausgestaltung des zweiten Teilbereichs T2 jeweils den Ausgestaltungen aus 3a und 3c entsprechen, weist der Sondenkörper 2 einen konstanten Durchmesser D auf. Allerdings weist die Emaille-Schicht 4 im ersten Teilbereich T1 von 3d bzw. in den beiden Unterbereichen T1a, T1b in 3e eine erste Dicke δE1 auf, welcher größer ist als eine zweite Dicke δE2 im zweiten Teilbereich T2. Wieder sei für das gezeigte Ausführungsbeispiel angenommen, dass der Sondenkörper 2 vollständig emailliert ist.
Ebenfalls ist im zweiten Teilbereich T2, welcher vom ersten Teilbereich T1, T1a, T1b erfasst ist, ist die Analyt-sensitive Schicht 5 angeordnet. Die Differenz der ersten δE1 und zweiten Dicke δE2 der Emaille-Schicht 4 entspricht maximal der Dicke δA der der Analyt-sensitiven Schicht 5, so dass der Außendurchmesser T2 des zweiten Teilbereichs T2 maximal so groß ist wie der Außendurchmesser d1 des ersten Teilbereichs T1, T1a, T1b. Im Falle der 3e ist ferner der Einfachheit halber die erste Dicke δE1 der Emaille-Schicht 4 in beiden Unterbereichen gleich groß.
Es versteht sich von selbst, dass in anderen Ausgestaltungen auch sowohl die Dicke D des Sondenkörpers 2, als auch die Dicke δA der Analyt-sensitiven Schicht 5 variabel sein kann.
In den beiden beispielhaften Ausgestaltungen gemäß 4 umfasst die Elektrode 1 ferner eine in einem dritten Teilbereich T3 angeordnete elektrisch leitfähige Schicht 8, welche zur elektromagnetischen Schirmung, zur Verwendung der Elektrode als Redox-aktives Element und/oder als elektrisches Potentialausgleichselement (PAL) und/oder zur Ableitung des elektrochemischen Potentials der Analyt-sensitiven Schicht 5 genutzt werden kann. Die Ausgestaltungen der Analyt-sensitiven Schicht 5 sowie der Emaille-Schicht 4 sind ohne Beschränkung der Allgemeinheit analog zu zuvor gezeigten Varianten gewählt.
Gemäß der Ausgestaltung aus 4a ist die elektrisch leitfähige Schicht 8 und damit einhergehend der dritte Teilbereich T3 in einem nach innen gewandten Bereich des Sondenkörpers 2 angeordnet. Der dritte Teilbereich T3 erstreckt sich entlang des gesamten Sondenkörpers 2, also sowohl in einem ersten Abschnitt A1 der Elektrode 1, welcher im Betrieb eines entsprechenden Sensors mit dem Medium in Kontakt kommt, als auch in einem zweiten Abschnitt A2, welcher außerhalb eines Behälters [dargestellt durch den Prozessanschluss 3] verbleibt.
Die Emaille-Schicht 4 ist in einem ersten Teilbereich T1 angeordnet, welcher sich teilweise entlang des ersten Abschnitts A1 erstreckt, und welcher ferner eine Dichtfläche 7, welche bei Befestigung eines entsprechenden Sensors [nicht dargestellt] im Bereich des Prozessanschlusses 3 angeordnet ist, sowie einen darüber liegenden Toleranzbereich T umfasst, welcher sicherstellt, dass der erste Abschnitt A1 der Elektrode vollständig emailliert ist. Die Analyt-sensitive Schicht 5 umfasst einen Endbereich 2a des Sondenkörpers 2 und ist ebenfalls im ersten Abschnitt A1 angeordnet und kappenförmig ausgestaltet. Im Übergangsbereich 6 sind die Emaille-Schicht 4 und die Analyt-sensitive Schicht 5 miteinander in Kontakt.
Ferner ist in 4a beispielhaft ein Vorverstärker 9 in einem Innenvolumen des Sondenkörpers 2 angeordnet, der neben der Schirmung durch die elektrisch leitfähige Schicht 8 eine weitere Verbesserung des Signal-zu-Rausch-Verhältnisses der Elektrode 1 bewirkt. Der Vorverstärker 9 kann beispielsweise über eine leitfähige Verbindung 9' mit der Analyt-sensitiven Schicht 5 verbunden sein. Die Integration eines Vorverstärkers 9 ist jedoch nicht zwingend notwendig. In den nachfolgend gezeigten Ausgestaltungen wurde ferner auf einen Vorverstärker 9 verzichtet. Es sei aber darauf verwiesen, dass auch die nachfolgend gezeigten Ausgestaltungen zusätzlich einen Vorverstärker 9 umfassen können.
Noch eine nicht gezeigte Ausgestaltung beinhaltet, dass ein Vorverstärker 9 analog zur Ausgestaltung in 4a auch für solche Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen Elektrode 1 verwendet werden kann, die keine elektrisch leitfähige Schicht 8 aufweisen, beispielsweise solche Ausgestaltungen, wie in den Figuren 2 oder 3 gezeigt.
Im Gegensatz zur Ausgestaltung aus 4a ist für 4b die elektrisch leitfähige Schicht 8 in einem nach außen gewandten Bereich des Sondenkörpers 2 angeordnet. Hier erstreckt sich der dritte Teilbereich T3 über den zweiten Abschnitt A2 und umfasst ferner einen Abschnitt des ersten Teilbereichs T1. Die elektrisch leitfähige Schicht 8 ist aber nicht in Kontakt mit der Analyt-sensitiven Schicht 5, welche analog zu der in 4a gezeigten Analyt-sensitiven Schicht 5 ausgestaltet und angeordnet ist.
In 4b umgibt der dritte Teilbereich T3 teilweise den ersten Teilbereich T1. Die Elektrode 1 ist dabei so beschaffen, dass ein Außendurchmesser d2 des zweiten Teilbereichs T2 kleiner ist als ein Außendurchmesser d3 im dritten Teilbereichs T3. In anderen Ausgestaltungen kann der Außendurchmesser d2 des zweiten Teilbereichs T2 auch größer sein als in der in 2a gezeigten Ausgestaltung, er sollte jedoch maximal dem dritten Außendurchmesser d3 des dritten Teilbereichs T3 entsprechen.
Ferner umfasst die Elektrode 1 gemäß 4b eine elektrische Leitung 10 zur elektrischen Kontaktierung der elektrisch leitfähigen Schicht 8, beispielsweise mit einer Elektronik [nicht dargestellt]. Die Art der Kontaktierung hängt dabei jeweils von der Art der gewünschten Schirmung - aktiv oder passiv - ab. Weiterhin ist eine flexible geschirmte Leiterkarte 11 zur elektrischen Kontaktierung der Analyt-sensitiven Schicht 5 vorgesehen. Auch die elektrische Leitung 10 sowie die Leiterkarte 11 sind nicht zwingend notwendig. In den nachfolgend gezeigten Ausgestaltungen wurde ferner auf die Darstellung einer elektrischen Leitung 10 und einer Leiterkarte 11 verzichtet. Es sei aber darauf verwiesen, dass auch die zuvor gezeigte sowie die nachfolgend gezeigten Ausgestaltungen zusätzlich eine elektrische Leitung 10 und/oder eine Leiterkarte 11 umfassen können.
In den beiden in 5 gezeigten Varianten ist die Elektrode 1 analog zu 4 ausgestaltet. Zusätzlich zu den in Zusammenhang mit 4 beschriebenen Komponenten umfasst die Elektrode 1 eine mechanisch stabilisierende Schicht 12, welche in einem vierten Teilbereich T4 auf den Sondenkörper aufgebracht ist. Die Verwendung einer zusätzlichen mechanisch stabilisierenden Schicht 12 erhöht die mechanische Stabilität der Elektrode 1. Die Elektrode 1 wird durch diese Maßnahme im Wesentlichen splitterfrei.
Für die Ausgestaltung gemäß 5a umgibt der vierte Teilbereich T4 den ersten Teilbereich T1 vollständig. In 5b ist dagegen nur ein Abschnitt des dritten Teilbereichs T3 von der mechanisch stabilisierenden Schicht 12 umgeben. In beiden Ausgestaltungen ist der zweite Außendurchmesser d2 des zweiten Teilbereichs T2 kleiner als ein vierter Außendurchmesser d4 des vierten Teilbereichs T4. In anderen Ausgestaltungen kann der zweite Durchmesser auch größer sein als für die hier gezeigten beispielhaften Ausgestaltungen, jedoch sollte der zweite Durchmesser d2 maximal so groß sein wie der vierte Durchmesser d4.
Bezugszeichenliste

1: Elektrode
2: Sondenkörper
3: Dichtung eines Prozessanschlusses
4: Emaille-Schicht
5: Analyt-sensitive Schicht
6: Übergangsbereich
7: Dichtfläche
8: Elektrisch leitfähige Schicht
9: Vorverstärker
9': Leitung zwischen Vorverstärker und Analyt-sensitiver Schicht
10: Elektrische Leitung
11: Leiterkarte
12: Mechanisch stabilisierende Schicht
T, T1-T4, T1a, T1b: Teilbereiche
A, A1, A2: Abschnitte
d1-d4, d1a, d1b: Außendurchmesser der Teilbereiche
D1-D2: Durchmesser des Sondenkörpers
δE, δE1, δE2: Dicke der Emaille-Schicht
δA: Dicke der Analyt-sensitiven Schicht

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0180071 B1 [0007]
EP 0614694 B1 [0007]
WO 2018/069591 A1 [0007]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN ISO 1101 Norm [0026, 0027]

Claims

Ionenselektive Elektrode (1) für einen elektrochemischen Sensor umfassend einen, insbesondere zylinderförmigen, Sondenkörper (2), eine Emaille-Schicht (4), welche zumindest in einem ersten Teilbereich (T1) des Sondenkörpers (2) angeordnet ist, und eine Analyt-sensitive Schicht (5), welche zumindest in einem zweiten Teilbereich (T2) des Sondenkörpers (2) angeordnet ist derart, dass die Analyt-sensitive Schicht (5) zumindest teilweise in Kontakt mit der Emaille-Schicht (4) ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Außendurchmesser (d2) des zweiten Teilbereichs (T2) maximal so groß ist wie ein erster Außendurchmesser (d1) des ersten Teilbereichs (T1).
Elektrode (1) nach Anspruch 1, wobei der erste Außendurchmesser (d1) etwa, insbesondere maximal, 12mm beträgt.
Elektrode (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Einbaulänge von einem ersten Endbereich der Elektrode (2a) bis zu einem in einem zweiten Endbereich der Elektrode (1) angeordneten Elektrodenkopf oder bis zu einem Prozessanschluss zur Befestigung der Elektrode (1) an oder in einem Behälter im Bereich zwischen 120-500 mm liegt.
Elektrode (1) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Sondenkörper (2) vollständig emailliert ist, oder wobei der erste Teilbereich (T1) derart gewählt ist, dass er einen mit dem Medium in Kontakt kommender Abschnitt (A1) der Elektrode (1) umfasst.
Elektrode (1) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Elektrode (1) eine kreisrunde Querschnittsfläche aufweist, insbesondere wobei eine Rundheit der Elektrode (1) kleiner gleich 0,1 mm ist.
Elektrode (1) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei ein Rundlauf und/oder eine Zylinderform der Elektrode (1) kleiner 0,1 mm, bevorzugt kleiner als 0,05mm ist/sind.
Elektrode (1) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei eine Dicke (δA) der Analyt-sensitiven Schicht (5) und/oder eine Dicke (δE) der Emaille-Schicht (4) kleiner als 1 mm, bevorzugt kleiner als 0,5 mm, besonders bevorzugt kleiner 0,3 mm ist/sind.
Elektrode (1) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Emaille-Schicht (4) und/oder die Analyt-sensitive Schicht (5) jeweils unmittelbar auf den Sondenkörper (2) aufgetragen ist/sind.
Elektrode (1) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Analyt-sensitive Schicht (5) zumindest teilweise auf der Emaille-Schicht (4) aufgebracht ist.
Elektrode (1) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei ein zweiter Durchmesser (D2) des Sondenkörpers (2) variabel ist, wobei ein zweiter Durchmesser (D2) des Sondenkörpers (2) im zweiten Teilbereich (T2) kleiner ist als ein erster Durchmesser (D1) des Sondenkörpers (2) im ersten Teilbereich (T1).
Elektrode nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei eine Dicke (δA) der Emaille-Schicht (4) variabel ist, wobei eine zweite Dicke (δA2) der Emaille-Schicht (4) im zweiten Teilbereich (T2) geringer ist als eine erste Dicke (δA1) der Emaille-Schicht (4) im ersten Teilbereich (T1).
Elektrode nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei der zweite Teilbereich (T2) eine scheibenförmige, ringförmige, kappenförmige und/oder zumindest teilweise kugelförmige Geometrie aufweist.
Elektrode (1) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche umfassend eine Dichtfläche (7), mittels welcher die Elektrode (1) dichtend in einen Behälter, insbesondere in eine Prozessarmatur, einbringbar ist.
Elektrode (1) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, umfassend eine elektrisch leitfähige Schicht (8), welche in einem dritten Teilbereich (T3) des Sondenkörpers (2) angeordnet ist.
Elektrode (1) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, umfassend eine mechanisch stabilisierende Schicht (12), welche in einem vierten Teilbereich (T4) des Sondenkörpers (2) angeordnet ist.
Elektrochemischer Sensor zur Messung einer Ionenaktivität in einem Messmedium, umfassend eine Analyt-sensitive Elektrode (1) nach einem der vorherigen Ansprüche und eine Referenz- bzw. Bezugselektrode.