DE2821621C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine kombinierte Elektrode gemäß Oberbegriff
des Anspruches 1.
Bei solchen Elektroden, die als Einstabmeßketten (Prospekt der Firma Ingold "Grundlagen und Probleme der pH-Messung") bekannt sind, liefert die
Bezugselektrode, die beispielsweise eine Wasserstoffelektro
de oder eine Kalomelektrode sein kann und unmittelbar in
die Meßlösung eintaucht, eine konstante eigene Spannung als
Bezugsspannung. Die Meßelektrode liefert eine Spannung, die
von der Aktivität des zu messenden Ions in der Meßlö
sung abhängig ist. Am Anzeigegerät kann eine von der Ionen
art abhängige Differenzspannung abgelesen werden, aus der
sich die Konzentration des zu messenden Ions in der Lösung
ermitteln läßt. Die von der Bezugselektrode erzeugte Span
nung hängt von der Diffusionsspannung ab, die an der elek
trischen Verbindung zwischen der Meßlösung und der in der
Bezugselektrode vorhandenen Elektrolytlösung entsteht.
Bei der Messung mit solchen Bezugselektroden treten er
hebliche Probleme auf. So muß der Isolationswiderstand
hoch sein, um Erdschlüsse zu vermeiden. Außerdem muß die
Elektrolytlösung in der Elektrode für jede Messung so
gewählt werden, daß eine chemische Reaktion zwischen der
Elektrolytlösung und der Meßlösung verhindert wird.
Bei einer solchen chemischen Reaktion können schwer lös
liche Salze ausgefällt werden, die sich an einem zwischen
der Meßlösung und der Elektrolytlösung vorgesehenen
Diaphragma der Bezugselektrode absetzen und den elektri
schen Widerstand des Diaphragmas erhöhen. Dadurch ergeben
sich schwankende Meßwerte, so daß eine zuverlässige
Messung nicht möglich ist. Das Diaphragma muß so ausge
bildet sein, daß die Diffusionsspannung so klein wie mög
lich ist. Ist die Meßlösung, beispielsweise Wasser, stark ver
schmutzt, dann verstopfen die Schmutzteilchen das Diaphragma.
Der Widerstand der sehr niederohmigen Bezugselektrode ist dann
nicht hoch genug, um die elektrische Verbindung zwischen der
Meßlösung und der Elektrolytlösung aufrechtzuerhalten, d. h.
der Durchfluß der Elektrolytlösung durch das Diaphragma kann
nicht konstant gehalten werden.
Bei salzarmem Wasser als Meßlösung ist wegen der geringen elek
trischen Leitfähigkeit des Wassers eine elektrische Verbindung
zwischen der Meßlösung und der Elektrolytlösung schlecht zu
erreichen. Infolge des großen Unterschiedes der Ionenkonzen
tration zwischen dem salzarmen Wasser und der Elektrolytlösung
wird bei der Messung eine erhebliche Menge der Elektrolytlösung
verbraucht, weil Ionen der Elektrolytlösung durch
das Diaphragma, dessen Widerstand klein ist gegenüber dem Wi
derstand des Wassers, in das salzarme Wasser diffundieren. In
solchen Wässern ist es außerdem oft notwendig, um eine soge
nannte Ionen-Querempfindlichkeit der Elektroden so weit wie
möglich auszuschalten, eine Vorbehandlung vorzunehmen. Unter
Ionen-Querempfindlichkeit ist die Störung bei der Messung des
Ions durch dieser Ionenart am nächsten oder nahe stehende
Ionen zu verstehen. Diese störenden Ionenarten müssen durch
geeignete Maßnahmen eliminiert werden, damit das Meßergebnis
nicht verfälscht wird. Dadurch wird zwar die elektrische Leit
fähigkeit der Meßlösung erhöht, wodurch die elektrische Ver
bindung zwischen der Elektrolytlösung und der Meßlösung
erleichtert wird, jedoch werden die Probleme des Durchflusses
der Elektrolytlösung am Diaphragma nicht ausgeschaltet. Ge
naue und reproduzierbare Meßwerte lassen sich dadurch nicht
erreichen.
Um Meßfehler auszuschließen, werden die Elektrolytlösung und die
Meßlösung vor der Messung sorgfältig vorbereitet. Eine solche
Vorbereitung der Lösungen vor der Messung ist aufwendig und
schwierig und für kontinuierliche Messungen nicht geeignet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kombinierte Elektrode
dieser Art so auszubilden, daß
die Ionenkonzentration von Lösungen mit hoher Genauigkeit
und reproduzierbar auf einfache, problemlose Weise
gemessen werden kann.
Diese Aufgabe wird bei einer Elektrode der gattungsbildenden Art erfindungsgemäß mit Merkmalen des kennzeichnenden
Anspruches 1 gelöst.
Infolge der erfindungsgemäßen Ausbildung wird als Bezugs
elektrode ebenfalls eine hochohmige Meßelektrode verwen
det. Dadurch spielt der Widerstand des Diaphragmas eine
untergeordnete Rolle und kann sehr gering sein. Ein
Durchfluß der Elektrolytlösung in die die Bezugselektrode eintaucht durch das Diaphragma
ist nicht notwendig; es reicht bereits der Kontakt allein
durch die Feuchtigkeit aus, einen ausreichend großen
elektrolytischen Kontakt zwischen dem Bezugssystem und
der Meßelektrode herzustellen. Der elektrolytische Kon
takt kann damit auf einen Bruchteil von dem reduziert
werden, den eine herkömmliche Bezugselektrode benötigt.
Dadurch läßt sich die erfindungsgemäße kombinierte Elektrode
vorteilhaft zur Messung in stark verschmutzten Lösungen
sowie in salzarmem Wasser verwenden, weil die Elektrolytlösung
nicht mehr durch das Diaphragma fließen muß. Das
Diaphragma kann dadurch jede Form haben und aus jedem
Material bestehen, wodurch ein Stromdurchfluß ohne Stör
einflüsse ermöglicht wird. Die elektrolytische Ver
bindung zwischen dem Bezugssystem und der Meßelektrode
erfolgt über die Meßlösung durch das Diaphragma. Dadurch
liefert das Bezugssystem für die Messung eine konstante
Spannung, die von der Ionenkonzentration der Elektrolyt
lösung abhängig ist. Die Bezugsspannung der Messung
ist damit nicht der eigenen Spannung der Bezugselektrode
unterworfen, sondern ist von der bekannten Konzentration
des in der Elektrolytlösung enthaltenen Ions abhängig.
Es ist gleich wie das Ion, dessen Konzentration in der
Meßlösung ermittelt werden soll. Die Elektrolytlösung
läßt sich einfach ansetzen, so daß die Messung der Ionen
konzentration einfach vorgenommen werden kann.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschrei
bung, den Ansprüchen und den Zeichnungen.
Die Erfindung wird anhand eines in den Zeichnungen dargestell
ten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Meßelektrode der erfin
dungsgemäßen kombinierten Elektrode,
Fig. 2 in schematischer Darstellung das Bezugssystem der erfin
dungsgemäßen kombinierten Elektrode,
Fig. 3 in schematischer Darstellung den Gesamtaufbau der er
findungsgemäßen kombinierten Elektrode.
Die in Fig. 1 dargestellte Elektrode, die bei der in Fig. 3 dargestellten
kombinierten Elektrode für die Meßelektrode und die Bezugs
elektrode verwendet wird, hat einen Elektrodenkörper 1, der
aus Glas, einem Festkörper oder dgl. bestehen kann. Das untere
Ende der Elektrode wird durch eine Membran 2
gebildet. Die in der Elektrode enthaltene Elektrolytlösung 3
steht während der Messung über die Membrane 2 in elektroly
tischem Kontakt mit der Elektrolytlösung des Bezugssystems,
wie unten noch dargelegt werden wird. In die Elektrolytlösung
3 taucht eine Ableitelektrode 4, die beispielsweise aus
Platin bestehen kann. Die Bezugslösung hängt von der Bauart
der Elektroden, beispielsweise Glas- oder Festkörperelektrode
und ihrer Selektivität ab und ist stark salzhaltig und ge
puffert.
Das Bezugssystem 5 der kombinierten Elektrode besteht aus der in Fig. 1
dargestellten Elektrode, die in der kombinierten Elektrode die Bezugs
elektrode 6 bildet, und der Elektrolytlösung 7, die in einem
Gefäß 8 untergebracht ist und in den die Bezugselektrode 6 ein
taucht. Im Boden 9 des Gefäßes 8 mündet ein Rohr 10, das vor
teilhaft wesentlich kleineren lichten Querschnitt hat als der
Behälter 8. Am freien Ende des Rohres 10 ist ein weiteres Dia
phragma 11 vorgesehen.
In der Meßeinrichtung sind die Meßelektrode 12 und die
Bezugselektrode 6 des Bezugssystems 5 unter Zwischenschal
tung eines Voltmeters, vorteilhaft eines Differenzverstärkers 13,
elektrisch leitend miteinander verbunden. Die Meßelektrode
12 und die Bezugselektrode 6 werden jeweils durch die
gleiche Elektrode gebildet, wie sie in Fig. 1 dargestellt
ist. Die zu messende Lösung wird über eine Zuleitung 14
in eine Meßwanne 15 geleitet, die von der Meßlösung 16
durchströmt wird, die durch eine Ablaufleitung 17 aus der
Meßwanne fließt.
Die Meßlösung 16 strömt durch die Zuleitung 14 in den
Boden einer in der Meßwanne vorgesehenen Vertiefung 18,
in die die Meßelektrode 12 taucht. Das Bezugssystem 5
taucht mit dem Diaphragma 11 am freien Ende des Rohres 10
in die Meßlösung. In Strömungsrichtung der Meßlösung hinter
dem Diaphragma 11 ist eine weitere Vertiefung 19 vorge
sehen, in die die Ablaufleitung 17 mündet.
Wie Fig. 3 zeigt, erfolgt die elektrolytische Verbindung
zwischen der Meßelektrode 12 und dem Bezugssystem 5 über
die Meßlösung 16 am Diaphragma 11, an dem die Meßlösung 16
mit der sich im Rohr 10 befindenden Elektrolytlösung 7
elektrolytisch verbunden ist.
Das Bezugssystem 5 liefert während der Messung eine kon
stante Spannung, die von der Ionenkonzentration der
Elektrolytlösung 7 abhängt. Dadurch ist die Ausgangsspannung
der Messung nicht von der eigenen Spannung der Bezugselek
trode 6 abhängig, sondern von der Konzentration des in der
Elektrolytlösung 7 enthaltenen Ions. Dabei ist die Kon
zentration des in der Elektrolytlösung enthaltenden Ions
bekannt. Die Elektrolytlösung 7 enthält die Ionenart, deren
Konzentration in der Meßlösung 16 ermittelt werden soll.
Da dann in der Meßlösung 16 und in der Elektrolytlösung 7
gleichartige Ionen vorhanden sind, kann die am Diaphragma 11
auftretende Diffusionsspannung während der Messung erheb
lich verringert werden. Vorteilhaft kann bei der Meßein
richtung die Diffusionsspannung am Diaphragma 11 sogar
ganz ausgeschlossen werden. Die Elektrolytlösung 7 kann
nämlich so angesetzt werden, daß ihre Ionenkonzentration
etwa der in der Meßlösung 16 zu erwartenden Ionenkonzen
tration entspricht. Es ist dadurch möglich, die Elektrolytlösung
7 und die Meßlösung 16 ionisch weitgehend gleich
zumachen, so daß das Problem der Diffusionsspannung am
Diaphragma 11 infolge der Konzentration, Beweglichkeit und
Ladung der Ionen ganz ausgeschlossen werden kann.
An der Meßelektrode 12 findet die elektrolytische Verbin
dung zwischen der in der Meßelektrode befindlichen Elektrolytlösung
3 (Fig. 1) und der Meßlösung 16 über die Membran
2 statt. Infolge der Potentialdifferenz an der Membran
zwischen der Elektrolytlösung 3 und der Meßlösung 16
liefert die Meßelektrode 12 eine Spannung, die von der Ak
tivität des in der Meßlösung 16 enthaltenen, zu messenden
Ions abhängig ist. Das Bezugssystem 5 liefert eine konstante
Spannung, die Bezugsspannung, die von der Konzentration
der Ionen in der Elektrolytlösung 7 abhängig ist, die gleich
artig sind mit den Ionen, deren Konzentration ermittelt
werden soll. Am Differenzverstärker 13 kann dann die Spannungsdiffe
renz zwischen der Bezugselektrode 12 und dem Bezugssystem
5 an einer Anzeige 20 abgelesen werden, aus der sich die
Konzentration des zu messenden Ions in der Meßlösung ermit
teln läßt.
Vorzugsweise wird die Elektrolytlösung 7 aus der Meßlösung
hergestellt, der eine vorgegebene Menge der Ionenart zuge
geben wird, deren Konzentration in der Meßlösung ermittelt
werden soll. Soll beispielsweise in die Natriumkonzentration
einer Meßlösung bestimmt werden, wird zunächst aus dieser
Meßlösung die Elektrolytlösung 7 für das Bezugssystem 5
hergestellt. Der Meßlösung wird Natrium zugesetzt, beispiels
weise in Form von NaCl, das eine meßbare Menge an Na⁺
enthält. Die Menge des zugesetzten Natriums richtet
sich vorteilhaft nach der zu erwartenden Natriumkon
zentration in der Meßlösung. Sollte in der Meßlösung bei
spielsweise eine Konzentration im ppm-Bereich zu erwarten
sein, wird die Elektrolytlösung 7 auf 1 oder 10 ppm-Na⁺
angesetzt. Sollte in der Meßlösung eine Na⁺-Konzentration
im ppb-Bereich erwartet werden, wird die Elektrolytlösung
so hergestellt, daß sie 100 oder 1000 ppb-Na⁺ enthält. Da
durch können die Elektrolytlösung und die Meßlösung in
der Ionenart und in der Ionenkonzentration ionisch weit
gehend gleich gemacht werden, so daß am Diaphragma 11
des Bezugssystems 5 keine die Messung verfälschende Diffu
sionsspannung auftritt.
Der Widerstand des Diaphragmas 11 spielt nur eine unter
geordnete Rolle und kann sehr gering sein, weil die bei
den Elektroden 12 und 6 sehr hochohmig sind. Dadurch
reicht bereits ein Kontakt der Meßlösung 16 mit der
Elektrolytlösung 7 am Diaphragma 11 aus, um eine für die
Messung ausreichende elektrolytische Verbindung zwischen
diesen beiden Lösungen herzustellen. Ein Durchfluß der
Elektrolytlösung 7 durch das Diaphragma 11 ist nicht
notwendig. Dadurch lassen sich vorteilhaft beispielsweise
stark verschmutzte Lösungen messen, weil auch das durch
Schmutz zugesetzte Diaphragma noch einen ausreichenden
Kontakt zwischen der Elektrolytlösung und der Meßlö
sung sicherstellt. Auch salzarme Wasser können dadurch
ohne weiteres genau gemessen werden, weil die Elektrolytlösung
7 nicht durch das Diaphragma 11 fließen muß,
so daß praktisch kein Elektrolytverbrauch auftritt.
Wie Fig. 3 zeigt, ist der Differenzverstärker 13 über eine Erd
leitung 21 mit der Meßlösung 16 verbunden.
Da die Elektrolytlösung 7 aus der Meßlösung hergestellt
wird und die gleiche Ionenart wie die Meßlösung enthält,
wird eine chemische Reaktion zwischen Bestandteilen der
Elektrolytlösung und der Meßlösung verhindert. Die Meß
elektrode 12 und die Bezugselektrode 6 sind selbstver
ständlich an die zu messende Ionenart angepaßt, d. h. ionensensitiv.
Ein weiterer Vorteil der beschriebenen kombinierten Elektrode besteht darin, daß
mit der Elektrolytlösung 7 das Bezugssystem 5 geeicht
werden kann. Zu diesem Zweck ist eine als Eichkanal dienen
de Zwischenleitung 22 vorgesehen, die vorteilhaft mit dem
Rohr 10 des Bezugssystems 5 leitungsverbunden ist und in die
Zuleitung 14 im Bereich vor der Meßelektrode 12
mündet. In der Zwischenleitung 22 sitzt mindestens ein,
vorteilhaft zwei Ventile 23, 24, mit denen die Zwischen
leitung während der Messung gegen das Rohr 10 und die Zu
leitung 14 geschlossen werden kann. Zum Eichen des
Bezugssystems werden die Ventile 23, 24 geöffnet, so daß
die Elektrolytlösung 7 durch die Zwischenleitung 22 in die
Zuleitung 14 und von dort in die Meßwanne 15 fließen
kann. Der Zufluß von Meßlösung ist hierbei durch das Ven
til 24 gesperrt. Bei der Eichung stehen die beiden gleichen
Elektroden 12, 6 in derselben Lösung, nämlich der Elektrolytlösung
7. Aus der Differenz zwischen den beiden von
den Elektroden 6 und 12 gelieferten Spannungen läßt sich ein
exakter Bezugs- bzw. Ausgangsspannungspunkt des Bezugs
systems für die Messung von Meßlösungen ermitteln und am Differenz
verstärker 13 einstellen. Dadurch läßt sich die Ausgangsspannung
des Bezugssystems genau ermitteln, so daß bei der Messung
der Ionenkonzentration jegliche Asymmetrie und Diffusions
spannung ausgeschlossen sind. Die Eichmessung kann infolge
der ventilgesteuerten Zwischenleitung 22 einfach vorgenommen
werden.
Die beschriebene kombinierte Elektrode ist auch für nicht
wäßrige Lösungen geeignet. Um die elektrische Verbindung
des ganzen Systems zu gewährleisten, muß jedoch ein Anteil
von Wasser vorhanden sein.
Claims (9)
1. Kombinierte Elektrode zur Messung von Ionenkonzentration
von Lösungen, insbesondere von wäßrigen Lösungen, mit
einer ionensensitiven Meßelektronik, die in die Meßlösung
eintaucht und mit einer Bezugselektrode, die mit der
Meßlösung elektrisch leitend und mit der Meßelektrode zu
einem galvanischen Element verbunden ist, das an ein An
zeigegerät angeschlossen ist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugselektrode (6) eine
ionensensitive Elektrode ist, daß die Membrane der Bezugs
elektrode (6) identisch ist mit der der Meßelektrode (12),
daß die Bezugselektrode (6) in eine Lösung (7) eintaucht,
die eine mit der Meßlösung (16) weitgehend ionisch gleiche
Lösung ist, die über ein Diaphragma (11) mit der Meßlösung (16)
in Kontakt steht.
2. Kombinierte Elektrode nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung (7) annähernd gleiche
Ionenkonzentration hat wie die Meßlösung (16).
3. Kombinierte Elektrode nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung (7) aus einem Teil
der Meßlösung (16) besteht, der eine vorgegebene Konzen
tration an Ionen zugegeben ist.
4. Kombinierte Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß für die Lösung (7) ein Be
hälter (8) vorgesehen ist, in dessen Boden (9) ein Rohr (10)
mündet, das wesentlich kleineren lichten Querschnitt hat
als der Behälter (8) und an seinem freien Ende das
Diaphragma (11) aufweist.
5. Kombinierte Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrolytlösung (3) der
Meßelektrode (12) über eine Membrane (2) mit der im Be
hälter (8) sich befindenden Elektrolytlösung (7) elektro
lytisch leitend verbunden ist.
6. Kombinierte Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (10) des Behälters (8)
über eine Zweigleitung (22) im Bereich vor der Meßelektrode
(12) mit einer Zuleitung (14) für die Meßlösung (16) ver
bunden ist, und daß in der Zweigleitung mindestens ein
Ventil, vorzugsweise im Bereich beider Enden des Rohres (10)
jeweils ein Ventil (23, 24) angeordnet ist.
7. Kombinierte Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die Meßelektrode (12) und das
Bezugssystem (5) an einen Verstärker, vorzugsweise einen
Differenzverstärker (13) angeschlossen sind.
8. Kombinierte Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrolytlösung (7) als
Eichlösung für das Bezugssystem (5) verwendbar ist, wobei
die Meßelektrode (12) und das Bezugssystem (5) durch die
Elektrolytlösung (7) elektrolytisch leitend verbunden sind.
9. Kombinierte Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugselektrode (6) eine
Glaselektrode, eine Festkörperelektrode oder dergleichen
ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19782821621 DE2821621A1 (de) | 1978-05-18 | 1978-05-18 | Messeinrichtung zur messung der ionenkonzentration von loesungen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE2821621A1 DE2821621A1 (de) | 1979-11-22 |
DE2821621C2 true DE2821621C2 (de) | 1988-10-06 |
Family
ID=6039590
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19782821621 Granted DE2821621A1 (de) | 1978-05-18 | 1978-05-18 | Messeinrichtung zur messung der ionenkonzentration von loesungen |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE2821621A1 (de) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3639797C1 (en) * | 1986-11-21 | 1988-02-25 | Fresenius Ag | Method and device for monitoring the correct composition of dialysis solution, in particular for bicarbonate dialysis |
DE4029321A1 (de) * | 1990-09-15 | 1992-03-19 | Hoechst Ag | Verfahren und vorrichtung zur bestimmung des ph-wertes von fluessigkeiten |
US9758121B2 (en) | 2015-09-15 | 2017-09-12 | Autoliv Asp, Inc. | Supplemental airbags and related airbag support systems |
-
1978
- 1978-05-18 DE DE19782821621 patent/DE2821621A1/de active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
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