DE2001643C3 - pH-empfindliche Elektrode und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents
pH-empfindliche Elektrode und Verfahren zu deren HerstellungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine pH-empfindliche Elektrode, enthaltend einen aus einem stromleitenden
Material bestehenden, mit einer Oxidschicht überzögenen Körper und weiterhin auf ein Verfahren zum
Herstellen einer Elektrode.
Das Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Messung der Konzentration von Wasserstoffionen
durch Bestimmung der elektrischen Spannung, die sich ^0
an der Stelle des Zusammentreffens der Elektrode mit der Probenlösung entwickelt.
Es ist üblich, zur pH-Messung Glaselektroden zu verwenden. Bei einem üblichen System wird beispielsweise eine Bezugselektrode benutzt, die eine innere ^5
Halbzelle enthält, welche mit der Probenflüssigkeit über eine Flüssigkeitsverbindung in Verbindung steht. Ferner
ist eine Meßelektrode vorgesehen mit einer ionenempfindlichen Glasmembran und einer weiteren inneren
Halbzelle, wobei die Glasmembran in Kontakt mit der j0
Probenflüssigkeit steht. An der Oberfläche der Glasmembran entwickelt sich eine elektrische Spannung,
deren Größe in Abhängigkeit der Ionenkonzentration der Probenflüssigkeit variiert. Diese Spannung wird
normalerweise dadurch bestimmt, daß die zwischen den Halbzellen bestehende Potentialdifferenz gemessen
wird.
Ein derartiges System weist einen hohen elektrischen Widerstand auf, so daß die Messung einen relativ teuren
Verstärker hoher Impedanz erfordert. Ferner hat ein ^ derartiges System eine relativ lange Ansprechzeit.
Es sind ferner Metall-Metalloxid-Elektroden der eingangs genannten Art bekannt (K. Schwabe,
»pH-Meßtechnik«, 3. Auflage, Verlag Theodor Steinkopff, Dresden und Leipzig 1963, Seite 97-99), wie
etwa Antimon-, Tellur-, Molybdän-, Wolfram-, Germanium-, Arsen-, Niob- und Tantalelektroden; jedoch
haben sich derartige Elektroden für pH-Messungen
überwiegend als nicht befriedigend erwiesen und sind
daher im wesentlichen nur zu potentiometrischen Titrationen verwendet worden.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Elektrode der
eingangs genannten Art zu schaffen, die zur pH-Messung in besserer Weise geeignet ist und insbesondere
ein genügend hohes Ansprechvermögen aufweist I'm in
Apparaturen eingesetzt zu werden, in denen elektronische Informationsverarbeitung vorgesehen ist
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß die Oberflächenschicht aus Uranoxid besteht
Es hat sich gezeigt daß die erfindungsgemäße Elektrode eine sehr gut reproduzierbare und ungewöhnlich hohe Wasserstoffionen-Empfindlichkeit aufweist
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Elektrode, das
dadurch gekennzeichnet ist, daß der Körper in eine Uransalzschmelze, vorzugsweise eine Uranylnitratschmelze, eingetaucht wird und danach auf 500 bis
10000C erhitzt wird und diese Schritte bis zur Erzielung
einer dünnen glatten Uranoxidschicht wiederholt werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend im Zusammenhang mit der Figur näher beschrieben.
In der Figur ist eine Bezugselektrode 1 und ein pH-Abfühlelement oder eine Elektrode 3 gezeigt, wobei
jede Elektrode mit der zu untersuchenden Probe 5 in dem Behälter 6 in Kontakt steht. Die Bezugselektrode 1
kann eine von einer Vielzahl wohlbekannter Bezugselektroden sein, z. B. eine herkömmliche Kaiomelbezugselektrode, welche selbst im wesentlichen unempfindlich ist gegenüber Variationen in der Konzentration
der Wasserstoffionen der zu untersuchenden Probe. Zwischen die Bezugselektrode 1 und die Abfühlelektrode 3 ist ein hochohmiger Spannungsmesser 7 gekoppelt
Es ist selbstverständlich, daß die bisher beschriebene Ausführungsform grundsätzlich bekannt ist und bekannten elektrisch betriebenen pH-Meßsystemen gemeinsam ist Bei einer solchen Anordnung ist die sich
zwischen den beiden Elektroden entwickelnde elektrische Spannung die Netto- oder algebraische Summe der
von jeder Elektrode entwickelten einzelnen elektrochemischen Spannungen.
Gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung wird ein neues und verbessertes pH-Abfühlelement, das eine
niedrige elektrische Impedanz aufweist, benutzt. Infolge dieser niedrigen Impedanz ergibt sich ein pH-Meßsystem, das sehr schnell anspricht und nicht teuer ist.
Dieses neue Abfühlelement weist nicht nur niedrige elektrische Impedanz auf, sondern ist auch unempfindlich und hat Eigenschaften, die eine größere Einfachheit
und Flexibilität bei der Herstellung verschiedener Elektrodenformen gestatten. Demgemäß kann das
Abfühlelement in Form einer dünnen nadeiförmigen Sonde oder einen flachen Platte oder einer zylindrischen Durchlaßelektrode hergestellt werden. Selbstverständlich sind auch andere Konfigurationen möglich.
Bei der in der Figur gezeigten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Abfühlelektrode 3 gezeigt, die einen Draht 9 aufweist, der
beispielsweise aus Iridium besteht, das mit einem dünnen glatten Film 11 von Uranoxid (U3Og) überzogen
ist.
Abfühlelektrode 3 der bevorzugten Ausführungsform
angewendete prinzipielle Verfahren ist verhältnismäßig einfach. Vorzugsweise werden Edelmetalle wie Platin,
Iridium oder Rhodium als Drahtleiter benutzt wegen ihres hohen Schmelzpunktes und ihrer Reaktionslosigkeit besonders gegenüber Sauerstoff. Es versteht sich
jedoch von selbst, daß jedes Metall oder jede Metallegierung verwendet werden kann, die einen
hinreichend hohen Schmelzpunkt aufweist und verhältnismäßig frei von Oxydationsneigung ist Das Ausgangs- )0
material für den Uranoxidfilm ist vorzugsweise Uranylnitrit [UO2(NO3J2O H2O]. Es können jedoch auch
andere lösliche Uransalze, z. B. Uranylazetat, benutzt werden. Die Uranylnitratkristalle schmelzen bei 60° C
und bilden bei etwa 80° C eine Flüssigkeit geringer Viskosität Ein beispielsweise aus Iridium bestehender
Draht wird in das geschmolzene Kristall eingetaucht und bei 900 bis 1000°C geflammt Auf diese Weise wird
Uranylnitrat auf der Oberfläche des Iridiumdrahtes zu Uranoxid umgewandelt
Der oben beschriebene Prozeß wird einige Male wiederholt bis ein dünner glatter Film die gesamte freie
Oberfläche des Iridiumdrahtes bedeckt
Gemäß der Erfindung hat es sich gezeigt, daß ein auf
diese Weise gebildetes unlösliches Element eine genaue und reproduzierbare pH-Empfindlichkeit aufweist. Dies
wird unter Bezugnahme auf die nachstehende Tabelle deutlich, wobei die Konzentration der Wasserstoffionen, wie sie mit dem aus Uranoxid bestehenden
Abfühlelement gemessen wurde, mit dem pH-Wert einer Standardlösung verglichen wird.
35
40
| pH-Lösung | Uranoxid |
| 7,41 | 7,41 |
| 10,OG | 10,08 |
| 12,00 | 11,65 |
| 13,00 | 12,79 |
| 7,41 | 7,45 |
| 4,00 | 4,05 |
Es hat sich gezeigt, daß die Darstellung der SpannungsempFindlichkeit der in der Figur dargestellten
Uranoxidelektrode für Lösungen unterschiedlicher Zusammensetzung und variierender pH-Werte einer
Nernstschen Gleichung folgt:
E=£b-5pH,
wobei S 0,058 V pro pH-Einheit ist Die Linearität dieser Darstellung war hoch, nämlich zwischen pH 4 und pH 9.
Infolgedessen ist die Elektrode sehr gut geeignet für die Messung von pH und pCO2 in Blut und anderen
physiologischen Flüssigkeiten.
Es ist zu beachten, daß Elektroden, die unter
Anwendung einer Flammungstemperatur von zwischen 600 bis 800°C hergestellt wurden, ebenfalls empfindlich
gegenüber Wasserstoffionen waren. Es ist jedoch selbstverständlich, daß bei diesen niedrigeren Temperaturen
die UO2- und UO3-Formen von Uranoxid mehr
hervortreten, und daher ist die auf diese Weise hergestellte Oberflächenschicht der Elektroden löslicher.
Es ist daher offensichtlich, daß für die hier genannten Anwendungszwecke der Elektroden mit
Temperaturen von zwischen 900 bis 1200° C hergestellte
Elektroden besser sind. In einem derartigen Temperaturbereich sind die Spuren von UO2 und UO3 minimal,
und der Oberflächenfilm der Elektrode ist in hohem Maße unlöslich, wodurch eine bessere Elektrode
geschaffen wird.
Die beschriebene Elektrode hat zwar vorteilhafterweise die Form eines Metalldrahtes, der mit einem
dünnen Film von Uranoxid überzogen ist, es ist jedoch selbstverständlich, daß auch andere Formen möglich
sind. Es ist offensichtlich, daß die erfindungsgemäße Drahtanordnung einen bequemen Weg bietet, um
gleichzeitig das Uranoxid zu tragen und den notwendigen ohmschen Kontakt zu biiden. Es ist jedoch
offensichtlich, daß ein aus Uran-Uranoxid bestehender Körper, der durch Oxydation der Oberfläche eines
Urankörpers erhalten wird, ebenfalls verwendet werden kann. Bei einer derartigen Anordnung wirkt das Uran
als Träger für das Uranoxid und bildet einen ohmschen Kontakt.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
1. pH-empfindliche Elektrode, enthaltend einen aus einem stromleitenden Material bestehenden, mit
einer Oxidschicht überzogenen Körper, dadurch
gekennzeichnet, daß die Oberflächenschicht aus Uranoxid besteht
2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper aus Edelmetall besteht
3. Elektrode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß es sich bei dem Edelmetall um Iridium
handelt
4. Elektrode nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper drahtförmig ist
5. Elektrode nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das die
Oberflächenschicht bildende Uranoxid im wesentlichen aus in hohem Maße unlöslichem U3O8 besteht
6. Verfahren zur Herstellung einer Elektrode nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet daß der Körper in eine Uransalzschmelze, vorzugsweise eine Uranylnitratschmelze,
eingetaucht wird und danach auf 900 bis 10000C 2J
erhitzt wird und diese Schritte bis zur Erzielung einer dünnen glatten Uranoxidschicht wiederholt
werden. l
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US79132169A | 1969-01-15 | 1969-01-15 | |
| US79132169 | 1969-01-15 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE2001643A1 DE2001643A1 (de) | 1970-07-23 |
| DE2001643B2 DE2001643B2 (de) | 1977-06-23 |
| DE2001643C3 true DE2001643C3 (de) | 1978-02-09 |
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