DE3323040A1

DE3323040A1 - Redoxpotential-messgeraet

Info

Publication number: DE3323040A1
Application number: DE19833323040
Authority: DE
Inventors: Walter 2000 Hamburg Nicolai
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-06-27
Filing date: 1983-06-27
Publication date: 1985-01-17

Description

Walter Nicolai, Maria-Louisen-Straße 144

2000 Hamburg 60

Redoxpotential-Meßgerät

Die Erfindung bezieht sich auf ein Meßgerät nach dem Gattungsbegriff des Hauptanspruchs.

Meßgeräte zur Bestimmung der Redoxpotentiale von wäßrigen Lösungen unterschiedlicher Oxydations- bzw. Reduktionskraft mittels zweier Elektroden aus unterschiedlichen Metallen oder aus einem Metall unterschiedlicher Wertigkeit seiner Verbindungen sind bekannt.

Ihre Wirkungsweise beruht darauf, daß beim Eintauchen der Elektrodenkombination in wäßrige Lösungen, in denen Redoxreaktionen ablaufen, an den Elektrodenoberflächen Potentiale auftreten, deren Differenz mittels elektrischer Spannungsmesser gemessen und angezeigt werden kann. Vor allem hat die Redoxpotentialmessung im physiologischen Anwendungsbereich an Bedeutung gewonnen, beispielsweise bei der Überwachung der Redoxreaktionen der Scheidensekrete weiblicher Personen und Säugetiere.

Die Messung der Redoxpotentiale unterliegt jedoch häufig starken Störeinflüssen durch Veränderung der Oberflächenbeschaffenheit der Elektroden, z.B. durch Verschmutzen, ungewollte Polarisierung, Ansetzen von Oberflächenbelägen, die leicht ein von Null abweichendes Ruhepotential ergeben, sodaß in vielen Anwendungsfällen aufwendige elektrische Abgleichschaltungen sowie oftmals Zusatzelektroden erforderlich sind, um Meßfehler, beispielsweise ein von Null abweichendes Ruhepotential, die sich aus einer Veränderung der Oberflächenbeschaffenheit ergeben,ohne Verwendung eines Eichmediums zu erkennen beziehungsweise zu eliminieren.

In der DE PS 2254617 und der DE OS 2833405 sind beispielsweise derartige aufwendige Abgleichschaltungen beschrieben worden.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Weg aufzuzeigen, wie bei einem Meßgerät der eingangs genannten Art der Einfluß von Veränderungen der Oberflächenbeschaffenheit der Elektroden und die dadurch ausgelösten Nullpunktverschiebungen mit geringstem technischen Aufwand und ohne zusätzliche manuelle Abgleichmaßnahmen auch von ungeübten Anwendern der Redox-Meßtechnik vor Beginn der Redoxpotentialmessung beseitigt werden kann.

Bei einem Redoxpotential-Meßgerät der eingangs genannten Art ist diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß eine in dem Meßgerät oder in der Meß-Sonde angeordnete Potentialdifferenz-Kompensationsvorrichtung - im folgenden kurz PDK bezeichnet - vor jeder Redoxpotentialmessung für eine fest eingestellte oder frei wählbar einstellbare Zeitdauer die Bezugselektrode und die Meßelektrode der Meß-Sonde während der Berührungsphase der Elektroden mit einem Eichelektrolyten außerhalb des Elektrolyten derart leitend miteinander verbindet, daß die Reaktionsarbeit der stromliefernden Reaktion der galvanischen Kette: Meßelektrode Me Eichelektrolyt - Bezugselektrode Me 2 innerhalb der eingestellten Zeitdauer der Schaltverbindung der PDK stark herabgesetzt wird oder gerade verschwindet.

Die PDK kann erfindungsgemäß eine manuell oder durch ein Zeitglied beliebiger Bauart betätigbare Schaltvcrbindung mit fest eingestelltem oder variabel einstellbarem Serienwiderstand sein. Es kann auch ein Kurzschlußschalter sein.

Sehr vorteilhaft haben sich selbststartende oder durch ein Eingangssignal gestartete (gesetzte) monostabile Multivibratoren, mehrstufige ..ählerschaltungen oder Integratoren

als Zeitglied zur Betätigung der Schaltverbindung erwiesen. Auch ein mit Feder- oder Magnetkraft arbeitender Antrieb mit Ablaufverzögerung (z.B. eine Zeituhr) kann als Zeitglied zur Betätigung der Schaltverbindung verwendet werden.

Als besonders vorteilhafte Schaltverbindungen haben sich optoelektronische Schalter (Optokoppler), elektronische Schalter (z.B. F E T - Schalter), -und elektromagnetische Relais erwiesen.

Als Schaltverbindung kann jedochauch ein einfacher manuell zu bedienender Kurzschlußschalter, Kurzschlußstecker oder eine Kurzschlußtaste verwendet werden, wenn die Dauer der Schaltverbindung mittels einer Stoppuhr überwacht wird.

Von besonderem Vorteil hat sich erwiesen, den Startvorgang des Zeitgliedes zur Betätigung der vorgenannten Schalt- · verbindungen mit dem Einschaltvorgang-des Redoxpotential-Meßgerätes zu verbinden, sodaß zusätzliche Bedienungsmaßnahmen durch Schalter oder Drucktasten sich erübrigen.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Im folgenden ist die Erfindung anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigen schematisch und in ι stark vereinfachter Darstellung

Fig. 1 das Blockschaltbild eines Redoxpotential-Meßgerätes mit der PDK im Gehäuse des Meßgerätes.

Fig. 2 das Blockschaltbild eines Redoxpotential-Meßgerätes

mit der PDK in der Meß-Sonde.

Fig. 3 Prinzip-Blockschaltbild einer PDK

Fig. 4 Ausführungsbeispiel einer PDK mit monostabilei?. Multi- -.C vibrator als Zeitglied und Optokoppler als Elektroden

schal tverbindung.

In der Zeichnung Fig. 1 taucht die flüssigkeitsdichte stabförmige Meß-Sonde 1 in das Gefäß 27 mit dem Eichelektrolyten 28 - beispielsweise eine Pufferlösung für biologische Medien mit einem pH-Wert von beispielsweise 7. Das distale Ende der Meß-Sonde 1 ist an seiner Außenfläche als Meßelektrode Me1 (4) ausgebildet und von der Bezugselektrode Me 2 (2) durch die hochisolierende Isolierstoffzone 3 elektrisch getrennt. Die Bezugselektrode Me 2 (2) mag beispielsweise aus Edelmetall (Platin, Gold) und die Meßelektrode Me 1 (4) aus einem unedlen Metall (Chrom) gebildet sein; ebenso mögen die Bezugs- und die Meßelektrode aus Metalloxydverbindungen, ζ.Β Chromverbindungen unterschiedlicher Wertigkeit gebildet sein. Ferner mag die Anordnung der Meßelektrode und der Bezugselektrode auf der Meß-Sonde 1 umgekehrt sein, das heißt:

Bezugselektrode am distalen Ende der Meß-Sonde 1.

Die Meßelektrode Me 1 (4) ist über die Meßleitung 5 und die Bezugselektrode Me 2 (2) über die Meßleitung 6 mit dem im Meßgerätgehäuse angeordneten Meßwandler 8, beispielsweise einem Differenzverstärker verbunden, dem ein elektrischer Spannungsmesser 9 als Redoxpotential-Anzeiger im Meßgerätegehäuse 10 nachgeschaltet ist. Die PDK 7 ist an die Meßleitungefl 5 und 6 angeschlossen (bei Anwendung von F E T - Schaltern im PDK muß die Meßleitung 6 der Bezugselektrode mit Drain des F E T - Transistors verbunden sein). Die Gleichstromversorgung für den Betrieb der PDK (falls eine Stromversorgung erforderlich ist) erfolgt - wie für den Meßwandler 8 durch die Stromquelle 11. Die Stromversorgung kann über den Gerätehauptschalter 12 ein- und ausgeschaltet werden.

Zeichnung Fig. 2 unterscheidet sich vcn Fig. 1 lediglich durch die.Anordnung der PDK 7. Anstatt im Meßgerätgehäuse 10 ist die PDK diesmal in der Meß-Sonde 1 angeordnet und erhält ihre in diesem Anwendungsbeispiel notwendige Stromversorgung über getrennte Leitungen und den Gerätehauptschalter 12 durch die Stromauelle 11.

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Für die erfindungsgemäße Funktion der Abkompensierung ist der Serienwiderstand 17 nicht erforderlich. Anstelle des Schalters 15 kann auch die Steckdose 16 eine Schaltverbindung zwischen den Elektroden Me 1 und Me 2 der Meß-Sonde 1 herstellen, wenn man für eine vorbestimmte Zeitdauer einen Kurzschlußstecker , einen normalen Schalter oder eine Taste einsteckt.

Zeichnung Fig. 4 zeigt eine sehr vorteilhafte Form der Ausbildu der PDK 7. Das Zeitglied 14 besteht aus einer selbststartenden monostabilen Multivibratoranordnung·21 bekannter Bauweise mit Außen-R-C-Beschaltung und dem Ausgang Q.Der Ausgang Q ist über den Strombegrenzungswiderstand 24 mit der Sender-Lumineszenzdiode 19 des Optokopplers 18 verbunden.Außerdem ist an Ausgang q noch die Anode der Leuchtdiode 23, beispielsweise eine Blinkdiode angeschlossen, während die Kathoden der Lumineszenzdiode 19 und der Leuchtdiode 23 mit der negativen Stromversorgung der Multivibratorschaltung 21 verbunden sind. Der Kollektor des Empfänger-Fototransistors 20 ist über den Serienschutzwiderstand 26, der gleichsam den Innenwiderstand des Emitter-Kollektor-Stromkreises mitbestimmt, mit der Bezugselektrode Me 2 (2), und der Emitter des Fototransistors 20 mit der Meßelektrode Me 1 (4) verbunden.Damit ist sichergestellt daß während der Abkompensation ein positives Potential am Kollektor des Fototransistors anliegt.

Der Widerstand 22 dient zur Ableitung statischer Aufladungen der Basis des Fototransistors und ist für die erfindungsgemäße Funktion ohne Bedeutung.
Beim Einschalten des Gerätehauptschalters 12 startet der monostabiie Multivibrator 21 selbsttätig in Η-Zustand und verbleibt in diesem Arbeitszustand bis zurr. Ablauf der durch die R-C-Kombination festgelegten Schaltverzögerung. Nach dieser Einschaltverzögerung schaltet er durch in den L-Zustand und verbleibt in diesem Zustand bis zum Ausschalten 'des Gerätehauptschalters 12.

Wird der Gerätehauptschalter 12 eingeschaltet startet (in diesem Anwendungsbeispiel) in der PDK selbsttätig ein Zeitglied und betätigt eine Schaltvorrichtung die die Meßleitungen 5 und 6 und damit die Elektroden 2 und 4 der Meß-Sonde für eine vorbestimmte Zeitdauer miteinander außerhalb rl■■·.■= Eichelektrolyts 28 verbindet.Damit beginnt die Abkompensierung der galvanischen Kette nach dem Voltaschen Spannungsgesetz und die Formierung der Meßelektrode, sodaß das Ruhepotential der galvanischen Kette: Me 1 - Elektrolyt - Me 2 schließlich null wird. Nach Ablauf dieser festeingestellten oder frei wählbar einstellbaren Arbeitsdauer des Zeitgliedes wird diese leitende Schaltverbindung selbsttätig wieder aufgetrennt. Anstatt - wie in diesem Ausführungsbeispiel - die leitende Verbindung durch ein selbsttätig arbeitendes Zeitglied zu steuern, können diese Schaltvorgänge auch manuell durch Ein- und Ausschalten der Schaltvorrichtung in der PDK bei gleichzeitiger Zeitdauerkontrolle mit einer Uhr bewirkt werden ·
Die erforderliche Zeitdauer für die Schaltverbindung der beiden Elektroden der Meß-Sonde 1 ergibt sich im wesentlichen aus der Zusammensetzung des Eichelektrolyten und der Art der Meß-Sonden-Elektroden. Sie variert zwischen wenigen Sekunden und einigen Minuten.

5 Zur Erläuterung des Funktionsablaufs in der PDK 7 zeigt Fig.

das vereinfachte Prinzip-Blockschaltbild einer Anordnung zur Kompensation der vom Nullpunkt abweichenden Ruhepotentiale der Meß-Sonden-Elektroden.Das Zeitglied 14 beliebiger Bauart steuert die Schaltvorgänge des mechanischen oder elektronischen oder elektromagnetischen oder.optoelektronischen Schalters 15, der die Schaltverbindung zwischen Meßelektrode Me und Bezugselektrode Me 2 über den relativ niederohir.igen Serienschutzwiderstand 17 herstellt. Dieser Serienschutzwiderstand 17 ist mitbestimmend für den Innenwiderstand der 5 gesamten Schaltanordnung und kann sowohl als Fest- oder Einstellv.'iderstand ausgebildet sein.

Für die Dauer des Arbeitszustands H des monostabilen Multivibrators 21 werden die Lumineszenzdiode 19 und die Leuchtdiode 23 mit ausreichender Betriebsspannung über den Ausgang Q und die Widerstände 24 und 25 versorgt. Die Lumineszenzdiode 19 schaltet den Fototransistor 20 durchfahrend die Leuchtdiode 23 aufleuchtet oder blinkt. Durch Umpolen der Leuchtdiode 23 und Anschalten der . Anode an die positive Stromversorgung leuchtet die Leuchtdiode 23 nur während des H-Zustandes des monistabilen Multivibrators 21, also während des Abkompensierens.

Das Durchschalten des Fototransistors 20 bewirkt gleichzeitig über den Widerstand 26 eine leitende Verbindung zwischen der Meßelektrode Me 1 und der Bezugselektrode Me 2, sodaß die Potentiale zwischen beiden Elektroden im Eichelektrolyten abkompensiertwerden - unter der Voraussetzung ausreichender Einwirkungszeit.Diese Einwirkungszeit entspricht der eingestellten Verzögerungszeit des monostabilen Multivibrators Die Abkompensierung kann, wenn erwünscht auf dem Redoxpotential-Anzeigegerät mit abgelesen werden.

Anstelle des selbststartenden monostabilen Multivibrators

kann auch ein monostabiler Multivibrator verwendet werden, der durch manuellen Tastendruck gestartet wird, wenn die Abkompensation der Elektrodenpotentiale erfolgen soll

Ferner können Zähler- oder Integratorschaltungen als Zeitglieder zur Steuerung der Schaltverbindung zwischen den Elektroden der Meß-Sonde 1 verwendet werden. Die gleiche Aufgabe erfüllt auch ein mit Feder- oder Magnetkraft angetriebener Zeituhrgeber.

Nach der Abkompensation der I^eß-Sonden-Elektroden müssen diese aus dem Eichelektrolyten herausgezoger, werden, uir. eine erneute unerwünschte Polarisierung zu verhindern.

Der Körper der IVeß-Sonde 1 besteht aus Isolierstoff.

- Leerseite -

Claims

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Ansprüche

1. Redoxpotential-Meßgerät, insbesondere zur Messung des Oxydations- beziehungsweise Reduktionsverhaltens physiologischer Medien, mit einer Meßelektrode und einer Bezugselektrode, die von einer Meß-Sonde getragen werden, einem mit den Elektroden der Meß-Sonde verbundenen Meßwandler, einem an den Meßwandler angeschlossenen Anzeigegerät und einer Potentialdifferenz-Kompensationsvorrichtung zum Abgleich der Abweichungen von dem vorgegebenen Ruhepotential der galvanischen Kette: Meßelektrode - Eichelektrolyt - Bezugselektrode, dadurch gekennzeichnet, daß die Potentialdifferenz-Kompensationsvorrichtung (7) für eine fest eingestellte oder frei wählbar einstellbare Zeitdauer die Meßelektrode Me 1 (4) und die.Bezugselektrode Me 2 (2) der Meß-Sonde (1) während der Berührungsphase der Elektroden (2)(4) mit dem Eichelektrolyten (28) derart leitend miteinander verbindet, daß die Reaktionsarbeit der stromliefernden Reaktion der galvanischen Kette: Meßelektrode Me 1 - Eichelektrolyt - Bezugselektrode Me innerhalb der eingestellten Zeitdauer der Schaltverbindung der Potentialdifferenz-Kompensationsvorrichtung (7) stark herabgesetzt wird oder gerade verschwindet.

2. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Potentialdifferenz-Kompensationsvorrichtung (7) als manuell betätigbare(r) Taste, Schalter oder Kurzschlußsteckvorrichtung (16) mit fest eingestelltem oder variabel einstellbarem. Serienwiderstand (17) ausgebildet ist.

3. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Potentialdifferenz-Kompensationsvorrichtung (7) als Zeitschalter bestehend aus einem Zeitglied (14), einer durch dieses Zeitglied betätigbaren Schaltvorrichtung (15) und einem fest eingestellten oder variabel einstellbaren Ferienwiderstand (17) ausgebildet ist.

4. Meßgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitglied (14).als eine monostabile Multivibratorschaltung (21), die durch ein Eingangssignal gestartet (gesetzt) wird oder durch Einschalten der Stromversorgung selbsttätig startet, ausgebildet ist.

5. Meßgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitglied (14) als eine Zähler- oder Integratorschaltung, die durch ein Eingangssignal gestartet wird und beim Start und nach Ablauf des Z&hl- oder Integrationsvorgangs je ein Steuersignal abgibt, ausgebildet ist.

6. Meßgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitglied (14) als aufziehbares Magnet- oder Federantrieb-Zeitglied ausgebildet ist.

7. Meßgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung (15) als optoelektronischer Schalter mit Potentialtrennung von Steuer- und Schaltkreis (Optokoppler) (18)(19)(20) ausgebildet ist.

8. Meßgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung (15) als mechanischer Schalter, der von einem Zeitglied (14) mit Magnet- oder Federantrieb betätigbar ist, ausgebildet ist.

9. Meßgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung (15) als elektromagnetisches oder elektronisches Relais ausgebildet ist.

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10. Meßgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung (15) als Bipolar - Transistor- oder FET-Transistor-Schalter ausgebildet ist.

11. Meßgerät nach den Ansprüchen 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein optisches und/oder"akustisches Signal während des Arbeitszustands oder nach Ablauf des Arbeitszustands des Zeitglieds' (14) durch dieses Zeitglied ausgelöst wird.

-12. Meßgerät nach den Ansprüchen 4 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Signal (23) an den Ausgang Q des monostabilen Multivibrators (21) angeschlossen ist.

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13. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Potentialdifferenz-Kompensationsvorrichtung (7) im Gehäuse des Meßgerätes (10) angeordnet ist.

14. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Potentialdifferenz-Kompensationsvorrichtung (7) in der Meß-Sonde (1) angeordnet ist.