DE2162459A1 - Kohlendioxyd-Sensor - Google Patents

Kohlendioxyd-Sensor

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DE2162459A1 DE19712162459 DE2162459A DE2162459A1 DE 2162459 A1 DE2162459 A1 DE 2162459A1 DE 19712162459 DE19712162459 DE 19712162459 DE 2162459 A DE2162459 A DE 2162459A DE 2162459 A1 DE2162459 A1 DE 2162459A1
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Leonard William Schenectady NY. Niedrach (V.St.A.). GOIn 25-12
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Description

Ss wird auf die eigene deutsche Patentanmeldung P 2 143 665.7 "Sensor und Herstellungsverfahren*1 vom 1,9.1971 Bezug genommen, in der ein Sensor mit einen Ionenaustauscher-Harz-Blektrolyten und Verfahren zu dessen Herstellung beschrieben und beansprucht sind.
Es wird ferner Bezug genommen auf die eigene deutsche Patentanmeldung P 2 151 783.9 "Kohlendioxyd-Sensor" vom 18.10.1971, in der ein Sensor beschrieben wird, der ein Sensorelement aus hydriertem Palladium mit einer Oberflächenschicht aus Platinschwarz einschließt.
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Die vorliegende Erfindung betrifft Kohlendioxyd-Sensoren und insbesondere Kohlendioxydsensoren, die als eines der anzeigenden Elemente einen elektrochemisch aktiven Bereich aus einem Qhinon und einem Hydrochinon in elektrischem Kontakt mit einem Teil des Stromkollektors mit mindestens einer äußeren Oberfläche aus Gold oder einem Edelmetall anwenden.
Kohlendioxyd-Sensoren sind für die Bestimmung des Kohlendioxyd-Gehaltes einer Probe bekannt. Solch ein Sensor hat eine pH-pH empfindliche Elektrode, einen Elektrolyten/Jesenwon dem Partialdruck des damit im Gleichgewicht stehenden Kohlendioxyds abhängt, eine Bezugselektrode, die gegenüber Änderungen des pH-Wertes oder der Bicarbonat-Konzentration unempfindlich ist und eine Diffusionsbarriere, die für Kohlendioxyd durchlässig ist, die elektrochemisch anzeigenden Elemente ,ledoch von dem zu überwachenden System isoliert. Im Betrieb ist die gemessene Spannung eine eindeutige Funktion des im Gleichgewicht befindlichen Kohlendioxyd-Part ialdruckes.
Die vorliegende Erfindung betrifft einen verbesserten Kohlendioxyd-Sensor, der für biomedizinische, Umgebungskontrolle und andere Anwendungen geeignet ist.
Die Hauptaufgaben der vorliegenden Erfindung sind es, einen stabilen, zuverlässigen und miniaturisierten Kohlendioxyd-Sensor zu schaffen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Kohlendioxyd-Sensor einen ersten,langgestreckten, flexiblen Stromkollektor mit mindestens einer äußeren Oberfläche aus Gold oder einem Edelmetall auf dem Stromkollektor, einen elektrochemisch aktiven Bereich aus einem Chinon und einem Hydrochinon in elektrischem Kontakt mit einem Teil des Stromkollektors, pinen zweiten, langgestreckten, flexiblen Str.omköllektor, der den ersten Stromkollektor zumindest teilweise umgibt, einen zweiten, elektrochemisch aktiven Bereich aus Silber und Silberhalogenid !.·> elektrischem Kontakt mit dem zweiten Stromkollektor, eine oiste
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elektrische Isolationsschicht, die zwischen dem ersten und dem zweiten Stromkollektor angeordnet ist, eine zweite elektrische Isolationsschicht, die über dem zweiten Stromkollektor angeordnet ist, einen Anionenaustauscherharz-Elektrolyten, der mit beiden elektrochemisch aktiven Bereichen in Kontakt steht und eine äußere Umhüllung aus einem Material, welches für Kohlendioxyd durchlässig, für Ionen ,jedoch undurchlässig ist und welches die elektrochemisch aktiven Bereiche und den Elektrolyten umgibt.
Diese und verschiedene andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
Die einzige Figur der Zeichnung zeigt einen Querschnitt eines Teiles eines erfindungsgemäßen Kohlendioxyd-Sensors.
In der Zeichnung ist mit 10 allgemein ein Bereich ein^s erfindungs- ^emäßen Kohlendioxyd-Sensors bezeichnet. Der Sensor Io hat einen ersten, langgestreckten, flexiblen Stromkollektor 11 in Form eines etwa 0,5 mm (20 mil) dicken Golddrahtes mit einem elektrochemisch aktiven Bereich 12 aus Thymochinon und Thymohydrochinon in elektrischem Kontakt mit dem unteren Endstück des Kollektors. Dieser elektrochemisch aktive Bereich 12 stellt die anzeigende Elektrode dar. Eine erste elektrisch isolierende Schicht 13 in Form eines Alkanex-Lackes umgibt den Stromkollektor 11, läßt die Elektrode 12 .!«doch unbedeckt. Ein zweiter, langgestreckter Stromkollektor 14 aus Silberfarbe umgibt zumindest teilweise den ersten Stromkoll"ktor 11, wobei die elektrisch» Isolation 13 zwischen den Stromkollektoren 11 und 14 angeordnet ist. Der Stromkollektor 14 kann verschiedene Konfigurationen aufweisen, ein schließlich eines Streifens,ürahtes usw.. Solche Stromkollektoren umgeben den ersten Stromkollektor zumindest teilweise. Ein zweiter elektrochemisch aktiver Bereich 15 besteht aus Silber und einem Silberhalogenid auf dem unteren Bereich des Silberstromkollektors 14. Dieser elektrochemisch aktive Bereich 15 stellt die Bezugselektrode dar. Ein Elektrolyt 16 aus Anionenaustauscherharz auf der Basis von quarternisiertem Polystyrol,
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das zum Teil in seiner Bikarbonatform und zum Teil in seiner Halof?F>nidform vorliegt, steht in Kontakt mit beiden elektrochemisch aktiven Bereichen 12 und 15 und überbrückt somit die erste polymere elektrische Isolation 13. Ein Kohlendioxyd-Diffusionsbarrieren-Material 17 aus Silikon-Polykarbonat ist über dem zweiten Stromkollektor als eine äußere Umhüllung für die elektrochemisch aktiven Bereiche 12 und 15 und den Elektrolyten 16 angeordnet. Wenn dies gewünscht ist, kann eine separate elektrische Isolationsschicht den Stromkollektor 14 umgeben. Das resultierende Gerät ist ein potentiometriseher Kohlendioxyd-Sensor.
Es wurde festgestellt, daß der obige verbesserte Kohlendioxyd-Sensor dadurch hergestellt werden kann, daß man die aufeinanderfolgenden Elemente aus verschiedenen organischen Lösungen aufträgt und dann jeweils das Lösungsmittel verdampft. Die Auftragung der aufeinanderfolgenden Schichten wird vorzugsweise durch Eintauchschritte bewerkstelligt, doch können auch andere geeignete Methoden verwendet werden, wie Beschichten, Besprühen, Bestreichen usw..Die Verwendung von Eintauchstufen ist in der eingangs genannten Patentanmeldung vom 1. September 1971 beschrieben und beansprucht.
Der erfindungsgemäße Kohlendioxyd-Sensor kann gebildet werden, indem man Gold oder ein Edelmetall als Ausgangsträger-Draht für die Schaffung des Stromkollektors benutzt. Andere nicht korrodierende Metalle können ebenfalls verwendet werden, sofern sie zumindest eine äußere Oberfläche aus Gold oder einem Edelmetall aufweisen. Soll der Sensor in einer oxydierenden Umgebung verwendet werden, ist Gold das bevorzugte Metall. Der erste elektrochemisch aktive Bereich, der für die anzeigende Elektrode verwendet werden kann, ist ein Chinon und ein Hydrochinon, wie Thymochinon und Thymohydrochinon, Durochinon und Durohydrochinon (das sind die 2,3,5,6-Tetramethyl-Derivate des normalen l,4TBenzochinons und Benzohydrochinons) usw..Der zweite Stromkollektor kann aus Silber oder Gold bestehen. Wenn Gold verwendet wird, schlägt man Silber zumindest auf einem Teil davon nieder. Der zweite elektrochemisch" aktive Bereich, der als Bezugselektrode
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verwendet werden kann, sind Silber-Silberhalogenide, ausgenommen die Fluoride.
Verschiedene elektrische Isolationsmaterialien sind gebräuchlich und viele dieser Materialien können durch Beschichtungsschritte aufgebracht werden. Die bevorzugten Materialien umfassen Viton-Gummi, Alkanex-Lack, Silikongummis und Polypropylen-Oxyde. Es wird bevorzugt Alkanex-Lack verwendet, welcher die gewünschte elektrische Isolation schafft und durch Beschichten oder Tauchen aufgebracht werden kann. Der Alkanex-Lack kann durch Erhitzen vernetzt werden und dabei unlöslich werden und so die Aufbringung aufeinanderfolgender Schichten erleichtern. Es wurde festgestellt, daß verschiedene Kohlendioxyd-Diffusionsbarrieren-Materialien als äußere Umhüllung zum Einkapseln von mindestens der elektrochemisch aktiven Bereiche und des Elektrolyten geeignet sind. Das kohlendioxyd-durchlässige, ionen-undurchlässige Diffusionsbarrieren-Material muß elektrisch isolieren und einen geeigneten Durchlässigkeits-Koeffizienten für das anzuzeigende Kohlendioxyd aufweisen. Da diese Materialien elektrisch isolierend sind, kann die Kohlendioxyd-Diffusionsbarriere und die zweite Isolationsschicht aus einem dieser Materialien bestehen. Auf diese Weise kann die separate zweite Isolationsschicht eliminiert werden. Geeignete Materialien hierfür umfassen Silikon-Polykarbonat-Copolymere, Viton-Gummi und Silikongummis.
Ein Anionenaustauscher-Harz kann in dem erfindungsgemäßen Sensor als Elektrolyt verwendet werden und durch Beschichten aufgebracht werden. Verschiedene Austauschermembran-Materialien sind bekannt. Beispielsweise wird auf die US Patentschrift 3 134 697 Bezug genommen, in der die Herstellung und die Eigenschaften einer Anzahl verschiedener Arten solcher Harze beschrieben sind. Geeignete Elektrolyten für den erfindungsgemäßen Kohlendioxyd-Sensor mit einem Anionenaustauscher-Harz umfassen ein Terpolymer aus Methylmethfcrylat, Divinylbenzol und 2-Hydroxy-3-trimethylammoniumpropylmethfcrylat, welches teilweise in der Bicarbonatform und teilweise in der Chloridform vorliegt, sowie quarternisiertes Polystyrol, das ebenfalls teilweise in der Bikarbonatform und
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- 6 teilweise in der Chloridform vorliegt.
Ein quarternisiertes Polystyrol ist ein Polystyrol, das teilweise in ein quartäres Aminderivat überführt worden ist. Die Herstellung dieses Elektrolyten umfaßt die Chlormethylierung und die folgende Quarternisierung des Polystyrols.
Gleichung 1
ClCHo-
OCH3
(ZnCl2)
(-CH-CH2-)n
(CH3 )3N
CH2Cl
(-CH-CH2-)n
Beide Reaktionsstufen sind bekannt .Während .jedoch die bekannten Verfahren im allgemeinen einen hohen Gehalt von ionischen Gruppen in dem Polymer anstreben, ist es für die vorliegende Anwendung von Bedeutung, daß lediglich ein gewisser, relativ geringer Anteil von Amoniumgruppen in dem Polymer anwesend ist, wobei die ziemlich engen Grenzen der Substitution einmal durch eine ungenügende Leitfähigkeit auf der einen Seite und ein zu starkes Quellen in Wasser auf der anderen Seite gezogen sind. Im Folgenden wird ein reproduzierbares Verfahren zur Erreichung des gewünschten Grades der Chlormethylierung des Polymers, sowie die Umwandlung des Zwischenproduktes in den quarternisierten PoIyelektrolyten beschrieben.
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Die Chlormethylierung des Polystyrols wird so durchgeführt, daß man optimale Werte erhält, die Chloridgehalten von 4,0 bis 6,5 % für das chlormethylierte, nicht aber quarternisierte Harz entsprechen, etwa eine ChlormethyLgruppe für .je 5 bis 8 Wiederholungseinheiten. Polystyrol wird im allgemeinen in Chlor-methylitfethyläther als alkylierendem Agens mit Zinkchlorid als Katalysator und ohne Verwendung eines Löaungs- oder Verdünnungsmittels chlormethyliert. Dieses Verfahren führt zu einer schnellen Reaktion und zu einem hohen Substitutionsgrad. Dieses Verfahren eignet sich daher nicht gut für die Herstellung des für die vorliegende Anwendung erforderlichen Produktes.
Das Verfahren, das für die Synthese eines Produktes mit dem gewünschten Grad der Chlormethyl-Substitution Verwendung findet, erfordert einen 15-fachen Überschuß über die stöchiometrisch erforderliche Menge an Chlormethylmethyläther. Methylenchlorid wird als inertes Lösungs- und Verdünnungsmittel und wasserfreies Zinkchlorid als Katalysator hinzugegeben. Unter diesen Bedingungen wird keine Vernetzung beobachtet und die Reaktionszeit von etwa drei Stunden ist ausreichend lang, so daß die Zeit, die zwischen der Messsung des Fortschrittes der Reaktion und dem Abkühlen verstreicht, nur wenig Einfluß auf das Produkt hat.
Nachdem die Reaktionsmischung die gewünschte Viskosität erreicht hat, wird die Reaktion durch Zugabe einer speziellen Menge von d 20 % Wasser in Dioxan abgekühlt und das Produkt isoliert, indem man die Reaktionsmischung unter Rühren zu Methanol gibt. Der weiße, faserförmige Niederschlag wird gesammelt, in Luft getrocknet und erneut in Dioxan gelöst. Eine zweite Ausfällung mit Wasser als Ausfällungsmittel wird in der gleichen Weise vorgenommen und auf di°se Weise eine vollständige Entfernung der Zinksalze sichergestellt.
Die Quarternisierung des Chlormethylpolystyrols wird durch Umsetzung des Chlormethylpolystyrols mit Trimethylamin gemäß der folgenden GLfeichung 2 erreicht:
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Gleichung 2
-CH-CH2-
CH2Cl
-CH-CH2-
CH2N(CHg)3C]
Die Natur des tertiären Amins ist für die Leistungsfähigkeit des Harzes vermutlich nicht kritisch. Trimethylamin wurde gewählt, da die Leichtigkeit der Quarternisierung umgekehrt proportional der Größe des Amins ist. Eine vollständige Umwandlung in ein quartäres Harz kann leicht durch 24-stündiges Behandeln des Chlormethylpolystyrols in Dioxan-Lösung mit einem Überschuß an Trimethylamin bei Raumtemperatur erreicht werden. Trimethylamin wird zweckmäßigerweise als 20prozentige Lösung in Dioican angewendet. Das Produkt fällt aus der Lösung aus, bevor die Quarternisierung vollständig ist. Eine Zugabe von Methanol bringt das Polymer wieder in Lösung, so daß die Reaktion vollständig ablaufen kann. Das Endprodukt wird dann gewonnen, indem man die Reaktionsmischung zu gerührtem Diäthyläther oder Petroläther hinzugibt. Das Produkt-fällt in Form eines viskosen, zähen, weissen Gummis aus, der bei fortgesetztem Rühren in dem Ausfällungsmittel stufenweise härtet, da das Methanol aus dem Harz extrahiert wird. Das Material wird mechanisch zerkleinert und bei 40 - 50 0C im Vakuum getrocknet.
Der erfindungsgemäße Kohlendioxyd-Sensor kann durch Aufbringen der aufeinanderfolgenden Elemente aus verschiedenen organischen Lösungen hergestellt werden, wobei das Lösungsmittel Jeweils verdampft wird. Die Aufbringung der aufeinanderfolgenden Schichten wird vorzugsweise durch eine Reihe von Eintauch- oder die Anwendung von Beschichtungsschritten erreicht.
Der erfindungsgemäße Kohlendioxyd-Sensor der Zeichnung wird durch Verwendung eines etwa 0,5 mm dicken Golddrahtes 11 als
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Basis oder Träger gebildet, auf den die nacheinander folgenden Elemente aufgetragen werden. Dieser Draht ist der erste, langgestreckte, flexible Stromkollektor 11 des Sensors. Der zentrale Bereich des Drahtes ist in eine Lösung von Älkanex-Lack eingetaucht worden, um ihn mit einer ersten elektrischen Isolationsschicht 13 zu versehen. Es ist klar, daß auch ein Isolationsrohr über dem zentralen Bereich des Stromkollektors 11 angeordnet werden kann, indem man das Rohr über den Kollektor streift. Die gegenüberliegenden Endstücke des Drahtes 11 sind unbedeckt und nicht mit der Isolation 13 beschichtet. Ein zweiter, langgestreckter, flexibler Stromkollektor 14 aus Silber oder Gold wird um den ersten Stromkollektor 11. herum aufgebracht, indem man als Farbe oder Plattierung das Silber oder Gold darauf aufträgt. Der zweite elektrochemisch aktive Bereich 15 an dem einen Endstück des Kollektors 14 besteht aus Silber und einem Silberhalogenid, wie Silberchlorid, das auf dem aus Silber bestehenden Stromkollektor 14 durch einen Chlorierungsschritt, wie anodische Chlorierung in einer Chloridlösung, aufgebracht wird. Wird als zweiter Stromkollektor 14 Gold verwendet, schlägt man Silber elektrochemisch nieder und bildet dann das Silberchlorid auf der Silber» Oberfläche. Es sind auch andere Silberhalogenide mit Ausnahme der Fluoride brauchbar. Ein erster elektrochemisch^Bereich 12 wird gebildet, sodaß er in elektrischem Kontakt mit dem Stromkollektor 11 steht, indem man eine Lösung des Chinone und Hydroch in ons aufträgt und schließlich einen Ionenaustauscherharz-Elektrolyten in einem geeigneten organischen Lösungsmittel. Das entgegengesetzte unbedeckte Endstück (in der Zeichnung nicht dargestellt) ist für die nachfolgende Anbringung eines elektrischen Zuleitungsdrahtes vorgesehen.
Über dem zweiten Stromkollektor 14 kann mit Ausnahme eines schmalen Bereiches an seinem oberen Endstück, an dem nachfolgend der elektrische Zuleitungsdraht angebracht werden soll, eine zweite elektrische Isolationsschicht angebracht werden. Es ist jedoch bevorzugt, die danach aufgebrachte Kohlendioxyd-Difussionsbarriere für diesen Zweck zu verwenden und dadurch die Notwendigkeit
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für eine separate elektrische Isolationsschicht auf dem Kollektor 14 zu eliminieren. Das untere Endstück der Struktur mit den elektrochemisch aktiven Bereichen 12 und 15 wird in eine Lösung quarternisierten Polystyrols in der ursprünglichen Chloridform eingetaucht, wobei sich der Ionenaustauscherharz-Elektrolyt 16 bildet. Der Elektrolyt 16 steht in Kontakt mit beiden Bereichen 12 und 15. Wenn dies gewünscht ist, kann der erste elektrochemisch aktive Bereich zusammen mit dem Elektrolyten aufgebracht werden, indem man das Chinon und das Hydrochinon mit der Lösung des quarternisierten Polystyrols vermischt.
Der Elektrolyt 16 wird zum Teil in eine Bikarbonatform und zum Teil in eine Chloridform umgewandelt, indem man ihn in eine wässrige KCL-KHCOo-Lösung eintaucht. Dann wird eine Diffusions-Barriere aus Silikon-Polykarbonat als äußere Umhüllung 17 aufgebracht, welche die elektrochemisch aktiven Bereiche 12 und 15, den Elektrolyten 16 und den zweiten Stromkollektor 14 einkapselt.
Der erhaltene Kohlendioxydsensor kann für klinische und andere Analysen verwendet werden. Ein Voltmeter hoher Impedanz wird mit den entsprechenden Elektroden verbunden. Die Ausgangsspannung des Sensors im Betrieb ist eine Funktion des Kohlendioxyd-Partialdruckes, der mit ihm im Gleichgewicht steht.
Es wird auf die eigene deutsche Patentanmeldung P 2151 223.2 "Sensor und Verfahren zu dessen Herstellung" vom 1.4. Oktober 1971 Bezugjsjenommen, in der ein Sensor mit einer starren elektrisch isolierenden Matrix und einem Paar in diese Matrix eingebetteten Stromkollektoren beschrieben und beansprucht wird.
Bei einer anderen Ausführungsform des erf indunp/Sgemäßen Sensors, bei dem eine solche Matrix verwendet wird, hat der erste, langgestreckte Stromkollektor die Form eines Golddrahtes und der zweite, langgestreckte Stromkollektor die Form eines Silberdrahtes. Diese langgestreckten Stromkollektoren, die im wesentlichen parallel und im Abstand voneinander angeordnet sind, sind in
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einer starren, elektrisch isolierenden Matrix aus einem Material, ' wie einem gehärteten Epoxyharz, eingebettet. Die Matrix isoliert den einen Stromkollektor elektrisch von dem anderen Stromkollektor, während die beiden gegenüberliegenden Endstücke der Stromkollektoren unbedeckt sind.
Der erste elektrochemisch aktive Bereich ist ein Chinon und ein Hydrochinon in elektrischem Kontakt mit einem unbedeckten Endstück des ersten Stromkollektors. Ein zweiter elektrochemisch aktiver Bereich aus Silber und Silberhalogenid steht in elektrischem Kontakt mit dem benachbarten, unbedeckten Endstück des zweiten Stromkollektors. Ein Ionenaustauscherharz-Elektrolyt aus quarternisiertem Polystj^rol, das teilweise in der Dikarbonatunri teilweise in der Chloridform vorliegt, steht in Kontakt mit beiden elektrochemisch aktiven Bereichen. Eine äußere Umhüllung aus einem Kohlendioxyd-Diffusionsbarrieren-Ma-terial aus Silikon-Polykarbonat kapselt die aktiven Bereiche und den Elektrolyten ein. Eine elektrische Zuleitungkann ebenfalls in Kontakt mit iedem der beiden Stromkolloktoren an den gegenüberliegenden EndT stücken der Matrix stehen.
Nachfolgend wird der erfindungsgemäße Kohlendioxyd-Sensor anhand von Beispielen näher erläutert.
Beispiel 1
Ein Kohlendioxyd-Sensor wurde gemäß der obigen Beschreibung und wie in der Figur der Zeichnung allgemein dargestellt, hergestellt. Der erste Stromkollektor hatte die Form eines etwa 0,5 mm dicken Golddrahtes, der in eine Lösung von Alkanex-Lack eingetaucht wurde, mit Ausnahme je eines Zentimeters an beiden Endstücken. Der beschichtete Draht wurde auf eine Temperatur von 100 °C erhitzt, um das Lösungsmittel zu verdampfen und dann auf 200 0C, um die Beschichtung zu vernetzen. Dieser Beschichtungsschritt wurde mehrmals wiederholt. Der zweite Stromkollektor wurde in Form aines Silberdrahtes in einer Spirale über der ersten Isolation angebracht. Der zweite elektrochemisch aktive Bereich bestand
aus einer engeren Spirale des gleichen Drahtes, der anodisch chloriert worden war unter Verwendung einer 0,1 normalen HCl-Lösung und eines Platinfähnchens als Gegenelektrode. Nach Bildung des zweiten elekt 'chemisch aktiven Bereiches wurde auf das Endstück des ersten Stromkollektors der erste elektrochemisch aktive Bereich aus Thymochinon und Thymohydrochinon aus einer Lösung dieser Stoffe in einem IonenaustauBcherharz aus quarternisiertem Polystyrol aufgetragen. Das Endstück der Struktur trug einen Anionenaustauscher-Harz-Elektrolyten. Dieser bestand aus quarternisiertem Polystyrol in der Chloridform mit einer Ionenaustauschkapazität von 1.4 Milliäquivalen.ten pro Gramm. Die Elektrolytschicht wurde aufgebracht, indem man ein Endstück der Struktur in eine Lösung des Harzes in einer Mischung von Chloroform-Methanol so eintauchte, daß beide elektrochemisch aktiven Bereiche kontaktiert wurden. Die Struktur wurde dann in Stickstoff 10 Minuten auf 50 °C erhitzt, um Lösungsmittelreste zu beseitigen.
Der Elektrolyt wurde in eine teilweise Bicarbonat- und eine teilweise Chloridform überführt. Die Umwandlung des Elektrolyten wurde durch Eintauchen der Struktur in eine wässrige, 0,1 molare KCl - 0,1 molare KHCOg-Lösung erreicht, wo^durch der Elektrolyt in die gemischte Bicarbonat-Chloridform des Harzes tiberführt wurde, Die Struktur wurde dann kurz in Wasser gespült und eine Minute in strömendem Stickstoffgas bei 50 °C getrocknet.
Eine zweite elektrische Isolationsschicht, wurde dann auf den zweiten Stromkollektor des Gerätes aufgetragen, indem man die Struktur in eine Lösung eines Silikon-Polykarbonat-Harzes eintauchte» Dieses Material ist sowohl ein Diffußionsbarrieren-Material als auch hat es elektrisch isolierende Eigenschaften. Die Struktur wurde mit dem gleichen Material beschichtet, wo^durch zusätzlich zu der auf dem zweiten Stromkollektor gebildeten Schicht eine Kohlendioxyd-Diffusionsbarriere die beiden elektrochemisch altiven Bereiche und den Elekti-olyten einkapselte. Die erhaltene Struktur war ein Kohlendioxyd-Sensor.
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- 13 Beispiel 2
Der gemäß Beispiel 1 hergestellte Sensor wurde durch Messung seiner Endspannungen mit einem Millivoltmeter hoher Impedanz während der Gleichgewichtseinstellung mit Atmosphären getestet, die verschiedene Prozentgehalte von Kohlendioxyd enthielten. Die entsprechenden Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengefaßt. Ein ideales wässriges Elektrolytsystem, welches Bikarbonationen enthält, zeigt eine Spannungsänderung von 59 Millivolt bei einer Änderung des Kohlendioxyd-Partialdruckes um den Faktor 10. Die Spannungsänderung des erfindungsgemäßen Sensors entspricht ungefähr 50 Millivolt pro Änderung des Kohlendioxyd-Partialdruckes um den Faktor 10.
TABELLE 1
Prozent CO2 Endspannung,
in der Atmosphäre Millivolt (mV)
1,06 17
2,13 31
5,00 51
10,2 66
Die in der vorstehenden Beschreibung genannten Alkanex-Lacke sind in der US Patentschrift 2 936 296 definiert.
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Claims (1)

  1. Patentansprüche
    Kohlendioxyd-Sensor, gekennzeichnet durch einen ersten langgestreckten Stromkollektor mit mindestens einer äußeren Oberfläche ausgewählt aus Gold und den Edelmetallen auf dem Stromkollektor, einen elektrochemisch aktiven Bereich aus einem Chinon und einem Hydrochinon in elektrischem Kontakt mit einem Teil des Stromkollektors, einen zweiten, langgestreckten Stromkollektor, einen zweiten elektrochemisch aktiven Bereich aus Silber und Silberhalogenid in elektrischem Kontakt mit dem zweiten Stromkollektor, wobei der erste und der zweite Stromkollektor elektrisch voneinander isoliert sind und unbedeckte Teile an den gegenüberliegenden Endstücken aufweisen, einen Anionenaustauscherharz-Elektrolyten, der in Kontakt mit beiden elektrochemisch aktiven Bereichen steht und eine äußere Umhüllung aus einem kohlendioxyd-durchlässigen, ionenundurchlässigen Diffusionsbarrierenmaterial, welches zumindest die elektrochemisch aktiven Bereiche und den Elektrolyten einkapselt.
    Kohlendioxyd-Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der zweite, langgestreckte Stromkollektor den ersten Stromkollektor zumindest teilweise umgibt, daß eine erste elektrische Isolationsschicht zwischen den Stromkollektoren angeordnet ist und daß eine zweite elektrische Isolationsschicht über dem zweiten Stromkollektor angeordnet ist.
    3. Kohlendioxyd-Sensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet
    daß der erste Stromkollektor ein Draht mit
    einer äußeren Oberfläche aus Gold ist, dag der erste elektrochemisch aktive Bereich aus Thymochinon und Thymohydrochinon besteht, daß der zweite Stromkollektor Silber ist, daß der zweite elektrochemisch aktive Bereich aus Silber und Silberchlorid besteht, daß der Elektrolyt quarternisiertes Polystyrol ist, das teilweise in seiner Bikarbonat- und teilweise in seiner Chloridform vorliegt, daß die eiste Isolation Alkanex-Lack ist und daß die zweite Isolation und die Diffusionsbarriere Sllikon-Polykarbonat sind.
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    Kohlendioxyd-Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der erste und zweite Stromkollektor durch eine starre, elektrisch isolierende Matrix elektrisch voneinander isoliert sind und daß die Stromkollektorcn in dieser Matrix in einer, im wesentlxchen parallelen Anordnung eingebettet sind, und daß ihre gegenüber!iegenden Endstücke unbedeckt sind.
    BAD ORIQiNAi.
    Leerseite
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