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DE1917179A1 - Standard cell for partial oxygen pressure - determination - Google Patents

Standard cell for partial oxygen pressure - determination

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DE1917179A1
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Germany
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measuring cell
cathode
electrolyte
silver ions
cell according
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DE19691917179
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DE1917179B2 (en
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Muenzberg Dr Franz Karl Josef
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SLEVOGT DR KARL E
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SLEVOGT DR KARL E
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403Cells and electrode assemblies
    • G01N27/404Cells with anode, cathode and cell electrolyte on the same side of a permeable membrane which separates them from the sample fluid, e.g. Clark-type oxygen sensors

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Abstract

The electrolyte receives an admixture of a salt (bromide iodide) which produces with silver ions silver chloride (less readily soluble). To retain the precipitate in the anode space, solid fillers (asbestos, glass wool) are added. The detrimental CO2 effect is eliminated pref. by using a high concentration of potassium carbonate and sodium bicarbonate in an optimum ratio.

Description

CO2-resistente Oxi-Messelektrode 3 e 5 c h r e i.b u n g Die Erfindung betrifft eine Meßelektrode zur Bestimmung von Sauerstoff in Flüssigkeiten und Gasen. Diese Meßzelle besteht aus einem Meßkopf, in dem sich eine Kathode und Anode in einem neuartigen C02-resistenten Elektrolyten befinden. CO2-resistant Oxi measuring electrode 3 e 5 c h r e i.b u n g The invention relates to a measuring electrode for the determination of oxygen in liquids and gases. This measuring cell consists of a measuring head in which a cathode and anode are in a new type of C02-resistant electrolyte.

Der Meßkopf wird nach außen von einer gaspermeablen, flach über die Kathode gespannten Membran abgeschlossen.The measuring head is exposed to the outside by a gas-permeable, flat over the Cathode-tensioned membrane completed.

Die Bestimmung von Sauerstoff mit den bekannten Meßzellen nach Clark und Grasshoff erfolgt durch Anlegen einer konstanten Spannung an ein Elektrodensystem von Gold bzw. Platin als Kathode und Silber als Anode, so daß eine Polarisation eintritt unter Beladung der Goldkathode mit rasserstoff.The determination of oxygen with the known measuring cells according to Clark and Grasshoff is done by applying a constant voltage to an electrode system of gold or platinum as cathode and silver as anode, so that a polarization Entrance with loading of the gold cathode with hydrogen.

Der durch die Membran, zur Goldkathode diffundierende Sauerstoff depolarisiert die Wasserstoffbeladung und ruft einen Depolarisationsstrom hervor, dessen Größe eine Funktion vom Partialdruck des Sauerstoffs in der Umgebung der Meßzelle ist.The oxygen diffusing through the membrane to the gold cathode depolarizes the hydrogen charge and causes a depolarization current, its size is a function of the partial pressure of the oxygen in the vicinity of the measuring cell.

Der Vorgang läßt sich durch die folgende Reaktionsgleichung darstellen. O2 Reduktion 4 AG-+ 4 C1--' + \ Au + O2 + 2H2.O + 4eS Anodenreaktion Kathodenreaktion Reaktionsprodukt r4 AgCl + 4eC) + \ Au + 4 oH3 Anode Kathode Die bisherige mechanische susführungsfsrm besteht aus einem ringförmigen Hohlraum, in dessen Mitte die Goldkathode isoliert eingebracht und um die die Silberanode ringförmig herumgelegt ist, entweder als Lochscheibe oder als-Drahtspirale. Der Hohlraum ist mit einem alkalihydroxydhaltigen Gel, dem geringe Mengen von KCl beigegeben werden, ausgefüllt. Gegenüber dem Außenraum wird das Gel durch eine gasdurchlässige Folie, die sich halbkugelförmig über die Goldkathode spannt, abgedeckt. Ein O-Ring dient dabei zur Re festigung der Folie an dem Me13kopf.The process can be represented by the following reaction equation. O2 reduction 4 AG- + 4 C1-- '+ \ Au + O2 + 2H2.O + 4eS Anode reaction cathode reaction Reaction product r4 AgCl + 4eC) + \ Au + 4 oH3 Anode cathode The previous mechanical susführungsfsrm consists of an annular cavity, in the middle of which the gold cathode is insulated and around which the silver anode is placed in a ring, either as a perforated disk or as a wire spiral. The cavity is filled with a gel containing alkali hydroxide to which small amounts of KCl are added. In relation to the outside area, the gel is covered by a gas-permeable foil that spans hemispherically over the gold cathode. An O-ring is used to fasten the film to the measuring head.

Dieser Aufbau, sowie die Zusammensetzung des Elektrolyt-Gels hat im Betrieb erhebliche mängel, die sich in einer stark begrenzten Lebensdauer, geringer Beßsicherheit und durch häufid Notwendigkeit zur Kalibration zeigen. Diese Mängel treten bei Anwesenheit von C02 noch besonders stark hervor. Die bisherige Art der Meßzelle ist daher für Sauerstoffmessungen in C02-haltiger Atmosphäre und -Lösung unbrauchbar.This structure, as well as the composition of the electrolyte gel, has im Operation significant defects, which result in a very limited service life, less Show certainty of biting and frequent need for calibration. These shortcomings are particularly pronounced in the presence of CO2. The previous type of The measuring cell is therefore used for oxygen measurements in atmospheres and solutions containing CO2 unusable.

Die Ursachen für diese Mängel liegen in der Tatsache, daß beim Betrieb der Meßzelle das sich an der Anode bildende Silberchlorid eine zu große Löslichkeit besitzt und daher im angelegten Potentialgefälle Silberionen zur Kathode wandern und auf dieser als metallisches Silber abgeschieden werden.The causes of these defects lie in the fact that during operation of the measuring cell, the silver chloride forming at the anode has too great a solubility and therefore silver ions migrate to the cathode in the applied potential gradient and deposited thereon as metallic silver.

Dadurch wird die Meßzelle inaktiv. Darüber hinaus bewirkt das durch die Membran an die Kathode diffundierende C02 in kurzer Zeit eine starke pH-Anderung im Kathodenraum und damit eine hinderung der Wasserstoffbeladung an der Goldkathode um mehrere Zehnerpotenzen der Beladungsdichte, wodurch die Empfindlichkeit verändert wird und damit die Meßwerte verfälscht werden.This makes the measuring cell inactive. In addition, this causes through C02 diffusing the membrane to the cathode causes a strong pH change in a short time in the cathode compartment and thus an inhibition of the hydrogen loading on the gold cathode by several powers of ten of the loading density, which changes the sensitivity and thus the measured values are falsified.

Die Abdichtung der Meßzelle durch eine Membran mittels eines O-Ringes verursacht diene sternförmige Faltung der Membran, die dadurch Bruchstellen erhält, welche im Laufe der Zeit zu Undichtigkeiten führen. Durch diese Undichtigkeiten kann das Elektrolyt-Gel aus der Meßzelle heraustreten, Fremdstoff ein dringen und somit meßtechnisch Störeffekte hervorrufen.The measuring cell is sealed by a membrane using an O-ring causes the star-shaped folding of the membrane, which thereby becomes rupture points, which lead to leaks over time. Because of these leaks the electrolyte gel can emerge from the measuring cell, foreign matter can penetrate and thus cause metrological interfering effects.

Diese Naohteile zu beseitigen hat sich vorliegende Erfindung zur Aufgabe gestellt.The object of the present invention is to eliminate these sewage parts posed.

Erfindungsgemäß werden die genannten Nachteile der bisherigen Meßzellen für den Partialdruck von Sauerstoff dadurch beseitigt, daß dem Elektrolyt ein Salz zugegeben wird, welrohes mit den Silberionen eine schwerer lösliche Silberverbindung als Silberchlorid bildet. Als Beispiele kommen Bromide, Jodid, Alkalisulfide etc. in Frage. Diese Silberverbindungen sollen im Anodenraum ausfallen. Damit diese Ft1-lungen weiterhin im Anodenraum verbleiben, wird durch Feststoffüllungen, die dem Elektrolyt beigegeben werden, garantiert. Als Füllmaterialien eignen sich alle inaktiven organischen und anorganischen saugfähigen Materialien, wie z.B., Asbest, Watte, Kieselgur, Glaswolle, Steinwolle, Tonerden und poröse Kunststoffe, Schaumgummi etc.. Zur Ausschaltung des schädlichen Einflusses des C02-Gases wird der Elektrolyt außerdem dahingehend abgeändert, daß er zusätzlich aus einer mögliohst hohen Konzentration von leicht löslichem galiumkarbonat und Natriumbikarbonat im optimalen Mischungsverhältnis besteht. Dieses Gemisch stellt einen Puffer dar, der während des Arbeitens der Elektrode in C02-haltigen Gasen und -Lösungen die Wasserstoffionen-Konzentration im Kathodenraum hinreichend konstant hält. Damit werden zeitabhängige Meßergebnisse vermieden und die Arbeitsfähigkeit der Elektrode bleibt erhalten.According to the invention, the mentioned disadvantages of the previous measuring cells for the partial pressure of oxygen eliminated by adding a salt to the electrolyte added, which is a poorly soluble silver compound with the silver ions forms as silver chloride. Examples include bromides, iodides, alkali sulfides, etc. in question. These silver compounds should fail in the anode compartment. So that these Ft1 lungs continue to remain in the anode compartment, is caused by solid fillings that form the electrolyte added, guaranteed. All inactive organic fillers are suitable and inorganic absorbent materials such as asbestos, wadding, diatomite, glass wool, Rock wool, clays and porous plastics, foam rubber etc .. To switch off The electrolyte also becomes detrimental to the harmful influence of the CO 2 gas modified so that he also made a concentration of light as high as possible soluble galium carbonate and sodium bicarbonate in the optimal mixing ratio consists. This mixture acts as a buffer for the electrode in gases and solutions containing CO2, the hydrogen ion concentration in the cathode compartment keeps sufficiently constant. Time-dependent measurement results are thus avoided and the working capacity of the electrode is retained.

Die weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Meßzelle besteht darin, daß die Iezbranfolie (4) (gemäß beigegebener Prinzipskizze der CO2 resistentan OtI-Yeßzelle) plan- und faltenfrei, sowie enganliegend über die Kathode (6) gespannt wird. Zusätzlich wird die Xembranfolie (4) rund um die Kathode (6) durch eine Dichtungascheibe (3) mittels einer kleinen Andruckplatte (2) abgedichtet. Dadurch wird die Xeibran-Folie (4) vor Versetzungen geschützt, bleibt damit dicht und verhindert das Austreten von Elektrolyt, sowie das Eindringen von schädlichen Gasen und Freiditoffen in den Klektrolytvorratsraum (7).Another advantageous embodiment of the measuring cell is that the Iezbran film (4) (according to the attached schematic diagram of the CO2 resistant OtI-Yeß cell) is stretched flat and wrinkle-free, as well as tightly over the cathode (6). Additionally the membrane film (4) around the cathode (6) is secured by a sealing washer (3) sealed by means of a small pressure plate (2). This creates the Xeibran film (4) Protected from dislocation, thus remains tight and prevents leakage of electrolyte, as well as the penetration of harmful gases and non-polluting substances into the Klektrolyte storage space (7).

Aufgrund dieser Anordnung wird die Lebensdauer und Yeßsicherheit entscheidend erhöht und die Messung von 02 in C02-haltigen Gasen und Ldaungen erst ermöglicht.Due to this arrangement, the service life and reliability are crucial increased and the measurement of 02 in C02-containing gases and Ldaungen made possible in the first place.

Claims (1)

Patentansprüche: Patent claims: Meßzelle zum Bestimmen von Sauerstoffpartialdrücken in Säuren und Basen bildenden Gasen wie z.B. G02 -NH3 bzw. anderen Lösungen, bestehend aus einer modifizierten Meßzelle nach Clark oder Grasshoff, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt einen Zusatz, bestehend aus Salzen, die mit Silberionen eine schwererlösliche Verbindung als AgCl bilden,' z.B. KBr, KJ, K2S etc. erhält, welcher das Abscheiden von Silberionen an der Kathode verhindert.Measuring cell for determining oxygen partial pressures in acids and Base-forming gases such as G02 -NH3 or other solutions, consisting of a modified measuring cell according to Clark or Grasshoff, characterized in that the Electrolyte an additive, consisting of salts that are sparingly soluble with silver ions Form a compound as AgCl, e.g. KBr, KJ, K2S etc., which receives the separation prevented by silver ions at the cathode. 2.) Meßzelle nach Anspruch 1.), dadurch gekennzeichnet, daß dieses Salz gemäß Anspruch 1 in einer Pufferlösung aufgelöst wird, welche auch beim Messen in Säuren und Basen bildenden Gasen und deren Lösungen eine hinreichende Konstanz (Beständigkeit) der Wasserstoffbeladung an der Kathode garantiert, daß dieser Puffer z.B. aus einem Gemisch von Kaliumkarbonat und Natriumbikarbonat bestehen kann, aber auch andere, auf die Besonderheit der zu messenden Lösung abgestimmte Puffergemisch Verwendung finden können. 2.) measuring cell according to claim 1.), characterized in that this Salt according to claim 1 is dissolved in a buffer solution, which is also used when measuring in acids and bases forming gases and their solutions a sufficient constancy (Resistance) of the hydrogen loading at the cathode guarantees that this buffer e.g. can consist of a mixture of potassium carbonate and sodium bicarbonate, but also other buffer mixes tailored to the particularity of the solution to be measured Can be used. 3.) Meßzelle nach Anspruch 1.), dadurch gekennzeichnet, daß gemäß Anspruch 2 der Elektrolyt für Bier und Sekt folgende Zusammensetzung hat, 15 - 30 %0 Kaliuskarbonat 1 - 2 % Natriumbikarbonat 2 Kaliumbromide 4.) Mezele nach 2Anspruch 1.), dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt in einem porösen Material aufgesaugt ist, bestehend aus organischen und anorganischen Materialien. 3.) measuring cell according to claim 1.), characterized in that according to Claim 2 of the electrolyte for beer and sparkling wine has the following composition, 15-30 % 0 potassium carbonate 1 - 2% sodium bicarbonate 2 potassium bromide 4.) Mezele according to 2 claims 1.), characterized in that the electrolyte is absorbed in a porous material is composed of organic and inorganic materials. 5.) Meßzelle nach Anspruch 1.), dadurch gekennzeichnet, daß der poröse Festkörper (Material) an seiner großen Oberfläche reduzierend-auf Silberionen wirkt, so daß keine Silberionen zur Kathode gelangen können, 6.) Meßzelle nach Anspruch 1.), dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt sich in einer Zelle befindet, die an ihrer Öffnung durch eine flach- und faltenfrei eingespannte Membranfolie (4) abgeschlossen wird. 5.) measuring cell according to claim 1), characterized in that the porous Solid body (material) on its large surface has a reducing effect on silver ions, so that no silver ions can get to the cathode, 6.) Measuring cell according to claim 1.), characterized in that the electrolyte is in a cell is located at its opening by a membrane film clamped flat and free of folds (4) is completed. 7.) MeBaelle-nach Anspruch 1.), dadurch gekennzeichnet, daß die Membranfolie durch eine festanliegende Dichtungsscheibe (3) abgedeckt wird, derart, daß sie nur eine kleine Öffnung für die Kathode (6) frei läßt. 7.) MeBaelle-according to claim 1), characterized in that the membrane film is covered by a tight sealing washer (3) so that it only a small opening for the cathode (6) leaves free. LeerseiteBlank page
DE19691917179 1969-04-03 Measuring cell for determining the oxygen partial pressure in acids or gases that form bases, such as CO deep 2, NH deep 3, or in solutions Expired DE1917179C3 (en)

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DE1917179B2 DE1917179B2 (en) 1975-07-10
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4058447A (en) * 1975-02-13 1977-11-15 Radiometer A/S Electrochemical measuring electrode
US4187162A (en) * 1978-06-26 1980-02-05 Rosemount Inc. Electrochemical cell
EP0252263A3 (en) * 1986-06-06 1989-08-23 Kontron-Holding Ag Electrodes arrangement
EP0248304A3 (en) * 1986-06-06 1989-08-23 Kontron Instruments Holding N.V. Electrodes arrangement

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E77 Valid patent as to the heymanns-index 1977
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