DE19525913A1 - Bezugselektrode für Messungen im flüssigen Elektrolyten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Bezugselektrode für Messungen im flüssigen Elektrolyten nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Bezugselektroden werden in Meßeinrichtungen zur elektrochemischen Untersuchung von Korrosionserscheinungen verwendet. So ist in der DE 37 15 881 A1 eine Anordnung beschrieben, bei der eine Bezugselektrode in Form einer sogenannten Haber-Luggin-Kapillare in einer Meßzelle ange­ ordnet ist. Die Kapillare ist mit Ihrer Spitze auf die Probe ausgerichtet.

Weiterhin ist aus der DE 43 07 266 C1 eine Korrosionsprüfanordnung bekannt, bei der in einem Reaktorge­ fäß eine Korrosionsmeßsonde angeordnet ist. Über eine Kapillare, die mit ihrer Spitze auf die Probe ausgerichtet ist, wird eine Elektrolytverbindung zur Bezugselektrode hergestellt.

Bei beiden Anordnungen ist die Bezugselektrode in einem separaten Glasgefäß angeordnet. Über die Öffnung der Kapil­ lare wird eine Elektrolytverbindung zwischen Bezugselektro­ de und der Elektrodenanordnung mit Arbeits- und Gegenelek­ trode hergestellt.

Der Nachteil dieser Anordnungen besteht darin, daß der Elektrolyt Impedanzeigenschaften aufweist, die sich mit den zu messenden Vorgängen an der Arbeitselektrode überlagern. Grundsätzlich ist mit diesen Nachteilen zu rechnen, wenn Grenzflächenphänomene, wie Elektrodenpolarisationsvorgänge Untersuchungsgegenstand sind und nicht die Elektrolyteigen­ schaften im Vordergrund stehen.

Aus der DE-GM 87 15 221.5 ist eine Bezugselektrode in Verbindung mit einer ph-Meßkette zur Überwachung mikrobiologischer Prozesse bekannt, die aus einem Glasrohr besteht, das mit einem gelartigen Bezugselektrolyten ge­ füllt ist. Im oberen Teil der Elektrode befindet sich eine Platinkapillare, die nach Zuführung eines Gases verschlos­ sen wird. Der dadurch erzeugte Innendruck gewährleistet, daß ein Eindringen von Meßmedium durch ein Diaphragma in den Bezugselektrolyten verhindert wird.

Diese Anordnung weist den Nachteil auf, daß die Bezugselek­ trode bedingt durch ihren Aufbau nicht direkt auf die Arbeitselektrode ausgerichtet werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine auf die Arbeitselektrode ausrichtbare und vom Elektrolyten unbeein­ flußte leicht handhabbare Bezugselektrode zu schaffen.

Erfindungsgemäß wird das gemäß den kennzeichnenden Merkma­ len des Anspruchs 1 erreicht.

Die erfindungsgemäße Bezugselektrode weist einen rohrförmi­ gen Grundkörper mit einer an einem Ende durch ein Diaphrag­ ma abgeschlossenen Kapillare und am anderen Ende eine Öffnung zum Druckausgleich beim Sterilisieren auf. Der rohrförmige Grundkörper enthält einen Bezugselektrolyten und eine drahtförmige Elektrode.

Die drahtförmige Elektrode besteht vorzugsweise aus Silber/- Silberchlorid (Ag/Ag Cl) und als Bezugselektrolyt ist vorzugsweise eine gesättigte Kaliumchloridlösung vorgese­ hen. Die drahtförmige Elektrode kann aber z. B. auch aus Kupfer/Kupfersulfat (Cu/CuSO₄) oder Zink/Zinksulfat (Zn/Zn SO₄) bestehen. Als Bezugselektrolyt kann weiterhin K₂ SO₄ (Kaliumsulfat) und H₂ SO₄ eingesetzt werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist der rohrförmige Grundkörper im unteren Teil einen quer abgebogenen Abschnitt auf und das sich anschließende durch das Dia­ phragma verschlossene Ende der Kapillare ist auf die Probe ausgerichtet.

Die Ausrichtbarkeit der Bezugselektrode auf die Arbeitselek­ trode wird weiter verbessert, da die Kapillare durch Drehen der Bezugselektrode um die Längsachse auf die Arbeitselek­ trode ausgerichtet werden kann. In dieser Ausführungsform erstreckt sich die drahtförmige Elektrode nach unten bis an den quer abgebogenen Abschnitt des rohrförmigen Grundkör­ pers, d. h. sie ist nicht abgebogen sondern verläuft in Rich­ tung der Längsachse des nicht abgebogenen Teils der Bezugs­ elektrode.

Zur weiteren Verbesserung der Handhabung ist der rohrförmi­ ge Grundkörper in seinem oberen Abschnitt von einem Tubus und einer Schutzhülse umgeben. Weiterhin ist es zweckmäßig, daß der rohrförmige Grundkörper und der elektrische An­ schlußdraht für die drahtförmige Elektrode in der Schutzhül­ se vergossen sind. Die Schutzhülse dient einerseits der Auf­ nahme eines Steckverbinders und andererseits wird durch Ver­ gießen des Zwischenraumes innerhalb der Hülse eine verbes­ serte mechanische Stabilität der Elektrode erreicht.

Im oberen Teil des rohrförmigen Grundkörpers ist eine ver­ schließbare Öffnung zum Befüllen vorgesehen. Diese ist zweckmäßig oberhalb des Tubus vorgesehen. Diese Öffnung ist für einen Druckausgleich erforderlich, wenn die Bezugselek­ trode für Messungen in sterilen Elektrolyten selbst sterili­ siert werden muß. In diesem Fall besteht die Bezugselektro­ de aus sterilisierbaren Materialien, z. B. X8CrNiTi 18.10 oder Kunststoff TKPEEK und weist einen Dichtring auf, mit dem sie in einem Gefäß steril einsetzbar ist. Der rohrförmi­ ge Grundkörper mit der Schutzhülse wird im Tubus durch Rundringe, vorzugsweise zwei Rundringe abgedichtet, wodurch eine Verschieben und Einjustieren des Grundkörpers erleich­ tert wird.

Die Erfindung soll in Ausführungsbeispielen anhand von Zeichnungen erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht der Bezugselektrode;

Fig. 2 einen Schnitt durch die Bezugselektrode, bei der diese gegenüber der Fig. 1 um 90° gedreht ist;

Fig. 3 den schematischen Aufbau eines Korrosionsmeßplatzes mit einer Anordnung zur Korrosionsmessung unter Verwendung der erfindungsgemäßen Bezugselektrode im Reaktorgefäß eines Laborbioreaktors.

Die erfindungsgemäße Bezugselektrode weist einen rohrförmi­ gen Grundkörper 1, vorzugsweise aus Glas, auf, der in seinem unteren Abschnitt als Kapillare ausgebildet ist. Im Bereich dieser Kapillare weist der rohrförmige Grundkörper einen quer zur Rohrlängsachse, vorzugsweise rechtwinklig abgeboge­ nen Abschnitt 2 auf. Das Ende 11 der Kapillare ist dann nochmals abgebogen und verläuft wieder in Richtung der Längsachse des rohrförmigen Grundkörpers 1. Dieses Ende 11 ist durch ein Diaphragma 4 abgeschlossen, wodurch der außerhalb des rohrförmigen Grundkörpers 1 vorhandene Elek­ trolyt und der Innenraum des rohrförmigen Grundkörpers 1 voneinander getrennt sind.

Innerhalb des rohrförmigen Grundkörpers ist eine drahtförmi­ ge Elektrode 12 angeordnet, die mit einem Anschlußdraht 3 zur Herstellung eines elektrischen Anschlusses verbunden ist. Die Elektrode 12 besteht vorzugsweise aus Silber/Sil­ berchlorid.

Zur Halterung des rohrförmigen Grundkörpers 1 in einem Gefäß ist dieser in seinem oberen Bereich von einem Tubus 5 umgeben und ist in diesem mittels Rundringen 22, 23 gela­ gert (Fig. 2), die gleichzeitig eine Abdichtung des darüber­ liegenden Teils der Bezugselektrode gegenüber dem Elektroly­ ten darstellen. Auf dem Tubus 5 ist ein Rundring 6 vorgese­ hen, mit dessen Hilfe die Bezugselektrode in den Deckel eines Gefäßes, z. B. eines Bioreaktors, dicht eingesetzt wird.

In der Fig. 2 ist dargestellt, wie die Bezugselektrode weiter komplettiert ist. Dort ist der Grundkörper oberhalb des Tubus 5 von einer Schutzhülse 8 umgeben, die mittels einer Verschraubung 14 mit dem Tubus 5 verbunden ist. Die Schutzhülse 8 ist oben durch eine Abdeckkappe 9 verschlos­ sen, in der ein mit dem Anschlußdraht 3 verbundener Steck­ verbinder 10 vorgesehen ist. Die Schutzhülse mit der Abdeck­ kappe dient neben der Aufnahme des Steckverbinders der me­ chanischen Stabilität der Elektrode, die durch das Vergie­ ßen des Zwischenraumes 13 innerhalb der Schutzhülse noch erhöht wird.

In der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform der erfin­ dungsgemäßen Bezugselektrode weist der rohrförmige Grundkör­ per 1 eine seitliche Öffnung 7 auf, die insbesondere dem Druckausgleich beim Sterilisieren der Bezugselektrode dient, aber auch zum Nachfüllen des im Grundkörper befindli­ chen Mediums verwendet werden kann. Die Öffnung ist durch einen nicht dargestellten Gummistopfen verschließbar.

In der Fig. 3 ist dargestellt, wie die Bezugselektrode in einem Korrosionsmeßplatz verwendet wird. In einem Reaktorge­ fäß 15 eines Bioreaktors ist eine Korrosionsmeßsonde 16 eingebaut, die eine als Arbeitselektrode dienende Probe 17 aufweist. Weiterhin ist eine erfindungsgemäße Bezugselektro­ de 18 vorgesehen, wobei das Diaphragma 4 der Kapillare der Bezugselektrode 18 auf die Probe ausgerichtet ist. Die elektrischen Anschlüsse der Probe 17, einer Gegenelektrode 19 sowie der Bezugselektrode 18 sind an einen Potentiostat 20 angeschlossen. Ein Steuer- und Regelteil 21 dient z. B. der pH-Messung, der Temperarturregelung und der Drehzahlre­ gelung des Laborbioreaktors. Das sich zwischen der Bezugse­ lektrode 18 und der Probe 17 als Arbeitselektrode einstel­ lende Stromdichte-Potential-Verhalten ist ein Maß für die Korrosionsbeständigkeit der untersuchten Probe 17.

Es ist ersichtlich, daß die Bezugselektrode 18 an einer beliebigen Stelle des Deckels des Bioreaktors angebracht werden kann, da sie im Gegensatz zu bekannten Bezugselektro­ den einen geringen Durchmesser aufweist und keine zusätzli­ chen Gefäße benötigt.

Claims (10)

1. Bezugselektrode für Messungen in flüssigen Elektro­ lyten unter Verwendung einer Meßeinrichtung mit mindestens einer Arbeitselektrode, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen rohrförmigen Grundkörper (1) mit einer an einem Ende durch ein Diaphragma (4) abge­ schlossenen Kapillare und am anderen Ende eine Öffnung (7) zum Druckausgleich beim Sterilisieren aufweist.

2. Bezugselektrode nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie eine drahtförmige Elektrode (12) aus Silber/Silberchlorid aufweist und als Bezugse­ lektrolyt eine gesättigte Kaliumchloridlösung vorge­ sehen ist.

3. Bezugselektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Grundkörper (1) im unteren Teil einen quer abgebogenen Abschnitt (2) aufweist und das sich anschließende durch das Diaphragma (4) verschlossene Ende (11) der Kapilla­ re auf die Probe ausgerichtet ist.

4. Bezugselektrode nach mindestens einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die drahtförmige Elektrode (12) nach unten bis an den quer abgebogenen Abschnitt (2) des rohrförmigen Grundkörpers (1) erstreckt.

5. Bezugselektrode nach mindestens einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Grundkörper (1) in seinem oberen Ab­ schnitt von einem Tubus (5) und und einer Schutzhül­ se (8) umgeben ist.

6. Bezugselektrode nach mindestens einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Grundkörper (1) innerhalb des Tubus (5) mit zwei Rundringen (22, 23) versehen ist.

7. Bezugselektrode nach mindestens einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Grundkörper (1) eine verschließbare Öff­ nung (7) zum Befüllen aufweist.

8. Bezugselektrode nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Öffnung (7) oberhalb des Tubus (5) angeordnet ist.

9. Bezugselektrode nach mindestens einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Grundkörper und der elektrische An­ schlußdraht (3) für die drahtförmige Elektrode (12) in der Schutzhülse (8) vergossen sind.

10. Bezugselektrode nach mindestens einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus sterilisierbarem Material besteht und einen Dichtring (6) aufweist, mit dem sie in einem Gefäß (15) steril einsetzbar ist.