DE1914266A1

DE1914266A1 - Durchsickereinrichtung fuer eine elektrochemische Elektrodenvorrichtung sowie Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE1914266A1
Application number: DE19691914266
Authority: DE
Inventors: Haddad Ihsan Amin
Original assignee: Ingold Electrodes Inc
Current assignee: Ingold Electrodes Inc
Priority date: 1968-03-21
Filing date: 1969-03-20
Publication date: 1970-01-29
Also published as: NL6904251A; US3530056A; GB1214277A; CH491381A; FR2004471A1; DK128830B; DE1914266B2

Description

'8031-69/Dr-V-BZhS . " 191 A266

U.S.Serial No.

714,920

Piled: March 21, 1968

Ingold Electrodes, Inc. Lexington, Massachusetts,V.St.A.

Durchsickereinrichtung für eine elektrochemische Elektroden-

j vorrichtung, sowie Verfahren zu deren Herstellung

j Die Erfindung betrifft eine Durchsickereinrichtung für

^[eine elektrochemische Elektrodenvorrichtung mit einer Kammer aus elektrisch nichtleitendem Material die eine Elektrode und eine ^Elektrolyt-Lösung enthält und eine öffnung aufweist, in der die Durchsickereinrichtung zu einem die zu untersuchende "Probe enthaljtenden Raum angeordnet ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verjfahren zur Herstellung einer solchen Durchsickereinrichtung.

Eine bekannte elektrochemische Messeinrichtung enthält zwei Elektroden, und zwar eine Messelektrode und eine Bezugselektrode. Diese Elektroden sind in der Regel in einer einzigen Vorrichtung angeordnet und im Betrieb ist die Potentialdifferenz zwischen den beiden Elektroden als Funktion für die ionenkonzentration in einer interessireenden Lösung. Eine solche elektrochemische Elek* trodenvorriehtung wird beispielsweise zur Messung der Wasserstoffionenkonzentration verwendet. Die Bezugselektrode ist in der Regel in einer Elektrolyt-Lösung angeordnet und die Messelektrode in der zu messenden Probe.

Zwischen der Elektrolyt-Lösung und der Probe ist eine Durchsickereinrichtung vorgesehen, die es erlaubt, daß eine kleine; Menge des Elektrolyten in die Probe gelangen kann und somit eine "Flüssigkeitsverbindung" herstellt.

An Einrichtungen, die eine solche Flüssigkeitsverbin- ! dung herstellen, werden im wesentlichen die folgenden Bedingungen gestellt: Einfache Herstellbarkeit; billig sowohl hinsichtlich der !einzelnen Bestandteile als auch der Vorrichtungen zu ihrer Herstellung; ein gleichmäßiger, ununterbrochener Fluß der Elektrolyt-

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Lösung und zwar von sehr geringer Größe; ein reproduzierbares elektrisches Potential, das für genaue Messungen erforderlich ist; und gute Widerstandsfähigkeit gegen Beschädigung oder Verschmut- · zung während des Gebrauches. Besondere Schwierigkeiten ergeben sich bei solchen Durchsickereinrichtungen, die sich noch ein Stück unterhalb jener Kammerwand erstrecken müssen, welche die Elektrolyt-Lösung enthält. Eine solche Durchsickereinrichtung wird beim Gebrauch sehr leicht verbogen oder gebrochen, was sich sehr nachteilig auf die Genauigkeit der Messungen ausv/irkt.

Zweck der Erfindung ist es nun, obige Nachteile zu beseitigen und die angegebenen Forderungen zu erfüllen.

Demgemäß ist Gegenstand der Erfindung:

a) die eingangs genannte Durchsickereinrichtung, die

P gekennzeichnet ist durch eine Hülse aus elektrisch nichtleitendem und für den Elektrolyten undurchlässigem Material, die an einem Ende an der öffnung befestigt ist und deren anderes Ende außerhalb der Kammer liegt und mit der von der Elektrodenvorrichtung zu analysierenden Probe in Verbindung steht und einem beim anderen Ende innerhalb der Hülse angeordneten porösen Körper von dem aus sich ein benetzbares Material bis zum ersten Ende der Hülse erstreckt, sowie

b) ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Durchsickereinrichtung, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man als

; Hülse eine Röhre aus schrumpfbarem Material verwendet, in die man zunächst den Docht sowie den porösen Körper einsetzt und die man : anschließend schrumpft.

j Die vorliegende Durchsickereinrichtung läßt sich außerordentlich leicht herstellen und vermeidet die Nachteile der bekannten Durchsickereinrichtungen. So ist sie insbesondere wesent- j lieh widerstandsfähiger gegen mechanische Beschädigungen während '.. des Gebrauches. Ferner gewährleistet sie einen sehr feinen Flüs- ! sigkeitsfluß zwischen Zonen verschiedener Drücke. Außerdem kann sie schnell und billig hergestellt werden, wobei hierfür sogar ! nur angelernte Arbeitskräfte eingesetzt werden können.

Ferner ermöglicht es die vorliegende Durchsickereinj richtung, die elektrochemische Elektroden^einrichtung so auszu-'

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bilden, daß sie in einer größeren Vielfalt von Stellungen zum Einsatz gelangen kann.

Bei der vorliegenden Durchsickereinrichtung ist das benetzbare Material vorzugsweise in Form eines Faser-Dochtes ausgebildet. Besonders zweckmäßig ist es, wenn letzterer eine geflochtene Hülle etwa in Form eines Schlauches aufweist, die den prorösen Körper seitlich umgibt.

Die Hülse besteht vorzugsweise aus schrumpfbarem Material. Als besonders vorteilhaft hat sich hierfür ein flexibler, bei Anwendung von V,"ärme schrumpfender Kunststoff-Schlauch erwiesen.

Der poröse Körper besteht vorteilhafterweise aus keramischem Material und., ist zweckmäßigerweise als Verschluß, vorzugsweise in Form eines Stopfens, für das andere Ende der Hülse der Durchsickereinrichtung ausgebildet.

Die Kanäle der Durchsickereinrichtung weisen zweckmässigerweise die Gröi3e von Kapillaren auf.

Die Hülse der vorliegenden Durchsickereinrichtung kann trotz ihrer Kleinheit mechanisch sehr widerstandsfähig und überdies flexibel ausgebildet sein. Der Fiüssigkeitsdurchgang durch die Durchsickereinrichtung wird bestimmt durch axe Eigenschaften des porösen Körpers.

Die vorliegende Durchsickereinrichtung Kann, insbesondere bei flexibler Ausbildung, an beliebiger Stelle einer elektrochemischen Exektrodeneinrichtung angeordnet sein, so beispielsweise an sehr entfernten und unzugänglichen Steilen. Da die D^rchsickereinriehtun^. sehr widerstandsfähig und einen genau definierten Flüssigkeitsüarchsatz gewährleistet, ermöglicht sie Elektrodenvorrichtungen für gleichbleibende und zuverlässige Messungen«

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Durch-sperreinrichtung in einer elektrochemischen EleKtrodenvorrichtang wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher beschrieben, dabei zeigen:

Fig. 1 eine elektrochemische Elektrode^vorrichtung mit einer Durchsickereinrichtung, im Län^sschnitt;

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Fig. 2 die Durchsickereinrichtung in einem Anfangsstadium ihrer Herstellung;

Fig. 3 die Durchsickereinrichtung in einem weiteren · i Herstellungsstadium; und

Fig. 4 die Anordnung der Durchsickereinrichtung in der Elektrodenvorrichtung nach Fig. 1, im Ausschnitt, in größerem Maßstab und im Längsschnitt.

In Fig. 1 ist eine kombinierte elektrochemische Elektrodenvorrichtung dargestellt, die ein Glasrohr 10 aufweist, das j am unteren Ende einen Kolben 12 trägt, dessen Glas empfindlich ! ist für die Wasserstoffionenkonzentration. Koaxial im Rohr 10 ist ί

ι ein Silberdraht 14 angeordnet, dessen unteres Ende 15 unmittelbar : vor dem Kolben 12 endigt und einen Silberchloridüberzug aufweist. Der Silberdraht ist an einer Verbindung 17 mit einem Platin-Halte-! draht 16 verbunden, der sich koaxial durch einen Halter 19 des Glasrohres 10 bis zu dessen oberem Ende erstreckt. Eine geeignete [ Elektrolyt-Lösung 18 ist innerhalb des Olasrohres 10 vorgesehen und umgibt den unteren Teil des Silberdrahtes 14.

Um das Glasrohr ist ein rohrförmiger Teil 20 aus Polyäthylen angeordnet. Ein weiterer Silberdraht 22, dessen Ende wiederum einen Silberchloridüberzug 24 aufweist, ist schraubenförmig um das Glasrohr gelegt und endet am unteren Ende der Kammer, die durch den rohrförmigen Teil 20 und das Glasrohr 10 gebildet wird. Das obere Ende des Siloerdrahtes erstreckt sich durch einen Gummi-Verschluß 2.6 der Elektrodenvorrichtung und ist mit der Abschirmung eines Koaxialkabels 28 verbunden. In der Wand des rohrförmigen Teiles 20 ist eine Öffnung 30 vorgesehen, die mittels eines Stopfens 32 verschlossen ist und dazu dient, den ringförmigen Bereich zwischen dem Glasrohr 10 und dem rohrförmigen Teil 20 mit einer geeigneten Elektrolyt-Lösung, z.B. einer Kaliumchloridlösung zu füllen. In der unteren Abschlußwand 34 des rohrförmigen Teiles 20 oefindet sich eine öffnung 36, an der eine Durchs!ckereinrich- } tung 38 befestigt ist. . " - !

Einzelheiten dieser Durchsickereinrichtung 38 können j aus den Figuren 2 bis 4 entnommen werden. Die Durchsickereinrich-j tung 38 weist eine flexbile, elektrisch nichtleitende Hülse 40 ·

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auf. Innerhalb letzterer ist an einem Ende ein poröser Körper 42 aus elektrisch nichtleitendem Material angeordnet. Von diesem porösen Körper erstreckt sich ein benetzbarer Docht 44 bis an das andere Ende der Hülse.

In diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht die Hülse 40 aus einem Vinylidenfluorid-Schlauch mit einem äußeren Durchmesser von 1,6 mm und einem inneren Durchmesser von 1,15 nun. Wird ein solcher Schlauch über 175 °C erwärmt, so schrumpft er auf 50$ seines ursprünglichen Innendurchmessers. Der poröse Körper 42 ist ein Zylinder von 0,8 mm Durchmesser und 3,2 mm Länge und besteht aus keramischem Material. Der Docht besteht aus einem aus Fiberglas von 24 gauge geflochtenen Schlauch 44.

Die Herstellung der Durchsickereinrichtung geht nun folgendermaßen vor sich. Der Schlauch 44 wird in die Hülse 40 eingebracht und der poröse Körper 42 in den Schlauch 44 eingesetzt. Soll erreicht werden, daß die Flüssigkeit vollständig durch den porösen Körper 42 austritt, so wird der Schlauch 44 so angeordnet, daß er unmittelbar vor dem Ende des porösen Körpers endigt, wie dies in den Figuren 3 und 4 angedeutet ist. Darauf hin läßt man die Hülse 40 durch Erwärmen schrumpfen, so daß der keramische Körper 42 fest in der Hülse 40 angeordnet und der Docht-Schlauch 44 zwischen dem keramischen Körper 42 und der Hülse 40 eingeklemmt wird und einen Strömungsweg zum oberen Ende der Hülse bildet.

Soll eine größere Anzahl von Durchsickereinrichtungen gleichzeitig hergestellt werden, so kann man hierbei wie folgt vorgehen: ein längeres Stück eines als Docht dienenden Schlauches ; 44 wird in eine entsprechend lange Hülse 40 eingebracht und kera-ί mische Körper werden in Abständen von ca. 40 mm eingeführt. Nach j dem Schrumpfen der Hülse gemäß Fig. 3 wird die Anordnung dann jeweils In Abständen von 20 mm auseinander geschnitten, wobei abwechselnd die Trennung auf halber Länge der keramischen Körper und auf halber Lange des Zwischenraumes zwischen den keramischen Körpern zu erfolgen hat. Es entstehen dabei Durchsickereinrichtungen, ähnlich denen der Fig. 3.

Die öffnung 36 im unteren En.de des rohrförmigen Teiles

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20 v;eist einen Durchmesser von 0, (6 mm auf. Ein Stahlröhrchen mit einem Außendurchmesser von 1,3 mm und einem Innendurchmesser von 1 mm wird in die dabei erweiterte öffnung eingesetzt. Darauf hin wird die Durchsickereinrichtung in das Stahlröhrchen eingebracht und durch die Ebene der unteren Begrenzung ^4 geschoben. Anschließend wird das Stahlröhrchen herausgenommen und das elastische Polyäthylenmaterial des röhrchenförmigen Teiles 20 umschließt nunmehr die Hülse der Durchsickereinrichtung derart eng, daß diese Verbindung flüssigkeitsdicht ist.

Die Elektrolyt-Lösung fließt in sehr kleiner aber gleichmäßiger Menge längs des benetzoaren Dochtes 44 in dem durch die Hülse 40 gebildeten Kanal und durch den porösen Körper 42 in die zu prüfende Probe, in die der auf die pH-Konzentration ansprechende Kolben 12 der Elektrodenvorrichtung eintaucht. Die Durchsickereinrichtung liefert somit einen kompakten und mechanisch unempfindlichen Kanal .aus der die Elektrolyt-Lösung enthaltenden Kammer, durch den die Elektrolyt-Lösung fließen kann, um die gewünschte elektrische Verbindung für das elektrische Potential der Probe herzustellen und aufrecht zu erhalten.

Anstelle der obengenannten Materialien können zur Herstellung der Durchsickereinrichtung auch andere Materialien verwendet werden. So kann die Hülse für die Durchsickereinrichtung beispielsweise aus einem Schlauch aus Polytetrafluoräthylen, Polyvinylchlorid oder Gummi bestehen. Gleichfalls können für den Docht und die die Strömung steuernden Teile der Durchsickereinrichtung andere Materialien verwendet werden. Wenn z.B· die Kammer für die Elektrolyt-Lösung aus einem nicht elastischen Material, beispielsweise Glas, besteht, so wird die Kammerwandung vorzugsweise mit j einem röhrchenförmigen Ansatz ausgerüstet, über den dann die Hülse gezogen und in der endgültigen Lage aufgeschrumpft werden kann. Zur Abdichtung der Verbindung zwischen der Hülse und der Kammer- j wandung kann zusätzlich Silikon-Wachs oder ähnliches Material j

verwendet werden.

Die Länge der vorzugsweise flexiblen Durchsickerein- i

richtung kann relativ kurz gehalten werden. Ist jedoch die Ver- \

gleichselektrode weiter entfernt, so kann die Durchsickereinrichtung auch langer sein. Die Durchsickereinrichtung kann mit Vor- ,

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teil auch bei solchen chemischen Reaktionen verwendet werden, wo die geometrische Ausgestaltung der pH-Elektrode kritisch ist. Bei einer längeren Ausbildung der Durchsickereinrichtung kann schließlich aie Anordnung des porösen Körpers beliebig getroffen werden, so beispielsweise in Berührung mit einer Ooerfläche, deren Eigenschaften gemessen werden sollen.

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Claims

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1. Durchsickereinrichtung für eine elektrochemische

Elektrodenvorrichtung mit einer Kammer aus elektrisch nichtleitendem Material die eine Elektrode und eine Elektrolyt-Lösung j enthält und eine öffnung aufweist, an der die Durchsickereinrichtung zur Verbindung mit einem die zu untersuchende Probe enthai- \ tenden Raum angeordnet ist, gekennzeichnet " durch eine Hülse (40) aus elektrisch nichtleitendem und für den Elektrolyten undurchlässigem Material aufweist, deren eines" ; Ende an der öffnung (j5ö) befestigt ist und deren anderes Ende [ außerhalb der Kammer liegt und mit der von der Elektrodenvorrich-! tung zu analysierenden Probe in Verbindung steht, einen beim ' \ anderen Ende innerhalb der Hülse (40) angeordneten porösen Kör- I per (42) und ein benetzbares Material (44) das von dem porösen : Körper bis zum ersten Ende der Hülse reicht. ' . i

2. Durchsickereinrichtung nach Anspruch 1, da- j durch gekennzeichnet, daß das benetzbare
Material ein Faser-Docht (44) ist. -

3· Durchsickereinrichtung nach Anspruch 2, da- i durch gekennzeichnet, daß der Faser-Docht (44) einen geflochtenen Schlauch enthält, der den porösen Körper (42) j seitlich umgibt. ..""-..j

4. Durchsickereinrichtung nach Anspruch 1, 2 oder J>
dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (44)

aus. schrumpf barem Material besteht.

5· Durchsickereinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (44) ein . ! flexibler, bei Erwärmung schrumpfender Kunststoffschlauch ist, !

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6. Durchsickereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der poröse Körper (42) aus keramischem Material besteht und als Verschluß, vorzugsweise als Stopfen, für das andere Ende der Hülse ausgebildet ist.

7. Durchsickereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchsickerkanäle kapillare Abmessungen aufweisen.

8. Verfahren zur Herstellung der Durchsickereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Hülse eine Röhre aus schrumpfbarem Material verwendet, in die man zunächst den Docht sowie den porösen Körper einsetzt und die man anschließend schrumpft.

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