DE1648845B1 - Zelle zur polarographischen analyse - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zelle zur polarographischen Analyse eines in einer Probe enthaltenen Bestandteiles mit einem zylindrischen Grundkörper, der in seinem einen Ende eine Ausnehmung aufweist, in der ein Elektrolyt und ein Paar mit dem Elektrolyten in Verbindung stehender Elektroden angeordnet sind, von denen die eine zentrisch in dem zylindrischen Grundkörper angeordnet ist, mit einer für den Bestandteil durchlässigen, für den Elektrolyten aber undurchlässigen Membran und mit Einbaumitteln zur Befestigung der Membran über dem einen Ende des Grundkörpers in der Weise, daß die Ausnehmung verschlossen ist und die Membran an der einen Elektrode anliegt, wobei die Einbaumittel zwei ineinander passende mit je einer Öffnung versehene Klemmkörper enthalten, die die Membran durch Reibung so zwischen sich festklemmen, daß die Membran die Öffnungen der Klemmkörper überspannt, wobei diese Öffnungen mit der einen Elektrode ausgerichtet sind.

Eine Zelle der obengenannten Art ist Gegenstand eines älteren Patentes (deutsches Patent 1260 199). Bei dieser Zelle sind die beiden Klemmkörper für die Membran als konzentrische Spannringe ausgebildet, die sich vollständig innerhalb des zylindrischen Grundkörpers befinden und die Membran zwischen sich festklemmen. Der äußere Spannring liegt in fertig montiertem Zustand auf der sich zu der Ausnehmung hin konisch verjüngenden Innenwand des Rundkörpers auf, wobei seine Lage dadurch bestimmt ist, daß das Maß der Verjüngung gerade dem Außendurchmesser des äußeren Klemmringes entspricht. Der mittlere Teil der Membran spannt sich dabei über das Ende der Elektrode und ist demzufolge zu der Ausnehmung hin vorgewölbt, wodurch der äußere Klemmring unter Spannung auf die Innenwandung des zylindrischen Grundkörpers gerückt wird. Zum Auswechseln der Membran muß jedesmal die Elektrode aus dem zylindrischen Grundkörper entfernt werden. Ferner ist bei dieser Anordnung nicht ausgeschlossen, daß die Klemmringe bei mehrmaligem Zusammenbau der Meßanordnung jedesmal eine etwas andere Lage einnehmen, z. B. eine etwas geneigte Lage, so daß dann die Membran in anderer Weise über die Elektrode gespannt wird. Da die polarographische Zelle einen diffusionsbedingten Effekt mißt, spielt die Dicke der Membran und damit deren Spannung jedoch eine wesentliche Rolle, so daß eine gute Reproduzierbarkeit der Membranbefestigung gefordert werden muß.

Bei einer bekannten polarographischen Zelle (USA.-Patentschrift 3 278 408) wird die Membran zunächst über das gewölbte Elektrodenende gelegt, und darauf wird eine großflächigere und für die zu messenden Bestandteile wesentlich durchlässigere zweite Membran über die erste Membran gelegt und mit ihrem Rand an dem Elektrodengehäuse befestigt. Darauf wird eine Schraubkappe auf das Elektrodengehäuse geschraubt, wobei ein zwischen der Schraubkappe und der zweiten Membran befindlicher O-Ring die zweite Membran und damit auch die erste Membran mit Spannung an das Elektrodenende andrückt. Bei einer derartigen Anordnung ist es allerdings nicht ausgeschlossen, daß durch das Aufschrauben der Schraubkappe in den Membranen Falten oder Risse auftreten. Ferner ist auch hier eine gute Reproduzierbarkeit der Lage und der Spannung der Membran nur in relativ geringem Maße gewährleistet.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine polarographische Zelle der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die Membran in gut reproduzierbarer Lage und mit gut reproduzierbarer Spannung und mit einem möglichst geringen Aufwand an manueller Geschicklichkeit in die polarographische Zelle eingebaut werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Klemmkörper aus einem Paar zusam-

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Hinwirkender Scheiben bestehen, die die Membran 32 fest über das Ende des Elements 18 und über die zwischen sich in einer ebenen Fläche unter Spannung Elektrode 22 gespannt ist, so daß dazwischen ein

festklemmen und außen an dem einen Ende des Zwischenraum für einen Elektrolytfilm entsteht, der

Grundkörpers mittels einer auf das eine Ende des mit dem Elektrolytbehälter 20 in Verbindung steht.

Grundkörpers aufschraubbaren, einen zentrisch an- 5 Wenn die Zelle 10 zur polarographischen Messung geordneten Durchgang aufweisenden Kappe befestigt von Sauerstoff benutzt wird, kann die Elektrode 22

sind, und daß die Dicke der dem Grundkörper züge- aus Gold oder einem anderen Edelmetall hergestellt

wandten Scheibe so gewählt ist, daß nach Befestigung werden; die Elektrode 28 kann aus Silber bestehen,

der Scheibe an dem Grundkörper die die Scheiben- und der Elektrolyt besteht dann geeigneterweise aus

öffnungen überspannende Membran mit relativ io Kaliumchloridlösung. In bekannter Weise wird eine

leichter Spannung an der einen Elektrode anliegt. polarisierende Spannung von einem äußeren Strom-

Bei der erfindungsgemäßen polarographischen kreis (nicht gezeigt) an die Elektroden gelegt, so daß,

Zelle sind sowohl die genaue Lage als auch die Span- wenn Sauerstoff durch die Membran 32 in den an der

nung der Membran durch die Dicke der an dem Elektrode 22 anliegenden Elektrolytfilm eindiffun-

Grundkörper anliegenden Scheibe definiert und kön- 15 diert, der Sauerstoff an der Elektrode 22 reduziert

nen demzufolge ohne Schwierigkeiten mit guter Ge- wird, wodurch ein Strom entsteht, der eine Anzeige

nauigkeit reproduziert werden. Die Spannung der für den Sauerstoffgehalt der zu analysierenden Probe

Membran kann so gewählt werden, daß die Spannung darstellt. Die äußere Spannungsquelle kann auch in

einerseits ausreicht, um eine Faltenbildung der Mem- bekannter Weise fortgelassen werden, wenn die Elek-

bran zu verhindern, und andererseits nicht so groß ao troden 22, 28 aus Materialien bestehen, die eine ge-

ist, daß die Gefahr eines Zerreißens oder einer Kri- nügend große elektromotorische Kraft zwischen sich

stallisation der Membran besteht. Ein Herausnehmen erzeugen. Zum Beispiel kann die Elektrode 22 aus

der Elektrode aus dem Zeilengrundkörper ist beim Gold, Silber öder einem anderen Edelmetall beste-

Auswechseln der Membran nicht erforderlich. hen, während die Elektrode 28 aus Zink, Cadmium

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nach- 25 oder Blei und der Elektrolyt aus Kaliumhydroxidlö-

stehend an Hand der Zeichnungen näher erläutert. In sung bestehen,

den Zeichnungen zeigt In den F i g. 2 und 3 wird der erfindungsgemäße

Fig. 1 einen teilweisen Längsschnitt durch eine Membranhalter 34 im einzelnen gezeigt. Der Halter

Zelle, welche die erfindungsgemäße Membranbefesti- 34 enthält ein Paar kreisförmiger Scheiben 36 und

gung enthält, 30 38. Die Scheibe 38 weist auf einer ihrer Oberflächen

Fig. 2 eine Ansicht der auseinandergenommenen eine kreisförmige Ausnehmung 40 auf, die mit einer

Bestandteile der Membranbefestigung und in der Scheibe 38 zentral angeordneten Öffnung 42

F i g. 3 eine perspektivische Ansicht der Membran- konzentrisch ist, so daß der Umfang 44 der Äusneh-

befestigung, wobei deren Teile zusammengebaut mung 40 die öffnung 42 umgibt. Die Scheibe 36

sind. 35 weist auf einer Oberfläche einen kreisförmigen Vor-

Es wird nun im einzelnen auf die Zeichnungen Be- sprung 46 auf, der mit einer in der Scheibe zentral zug genommen. In Fig. 1 wird eine Zelle gezeigt, die angeordneten Öffnung 48 konzentrisch ist. Der Vormit dem Bezugszeichen 10 versehen ist und die einen sprung 46 hat einen Durchmesser, der im wesentlizylindrischen Körper 12 und in einem Ende dessel- chen dem der Ausnehmung 40 in der Scheibe 38 ben eine Ausnehmung 14 enthält, die von einer 40 gleich ist, und die Dicke des Vorsprungs 46 ist im we-Kappe 16 verschlossen wird, welche mittels eines Ge- sentlichen gleich groß wie die Tiefe der Ausnehmung windes auf den Grundkörper 12 aufgeschraubt ist. 40. Der Vorsprung 46 ist also so ausgebildet, daß er Der Grundkörper 12 enthält ein zentral angeordnetes mit der Ausnehmung 40 in der Scheibe 38 unter BiI-Element 18, das einen Abstand von den Wänden der dung eines Reibungskontaktes zusammenpaßt.
Ausnehmung 14 aufweist, so daß ein Aufnahmebe- 45 Wie man am besten in F i g. 2 sehen kann, ist die halter 20 für den Elektrolyten entsteht. Das Element Membran 32 im wesentlichen eben und zu einer 18 schließt mit seinem einen Ende in der Nähe der Größe zurechtgeschnitten, die etwas größer ist als der Kappe 16 ab und weist eine in ihm befestigte Elektro- Außendurchmesser der Scheiben 36 und 38. Die denscheibe 22 auf, die in das Ende des Elements 18 Membran 32 wird zwischen die Scheiben 36, 38 geeingelassen ist. Ein Leiter 24 verläuft der Länge nach 5° bracht und die Scheiben 36, 38 wirken dann durch durch das Element 18 und verbindet die Elektrode 22 Reibung zusammen, indem der Vorsprung 46 in die mit einer Anschlußklemme 26. Eine zweite Elektrode Ausnehmung 40 eingreift, wodurch die Membran 32 28 der Zelle 10 hat die Form einer Drahtspirale, die zwischen den beiden Scheiben 36, 38 festgeklemmt sich innerhalb des Behälters 20 befindet und deren wird. Man hat gefunden, daß durch den erfindungseines Ende mit der Anschlußklemme 26 verbunden 55 gemäßen Membranhalter 34 die Membran 32 fest ist. Die Anschlußklemme 26 enthält geeignete elektri- zwischen den Scheiben 36 und 38 befestigt wird und sehe Kontaktteile (nicht gezeigt), um die Zelle 10 mit unter genügender Spannung gehalten wird, so daß einem äußeren Stromkreis verbinden zu können. alle Falten beseitigt werden und kein Durchtritt des

Die Kappe 16 weist einen zentral angeordneten Elektrolyten auf die andere Seite der Membran 32

Durchgang 30 auf, der mit der Elektrode 22 ausge- 60 stattfinden kann. Nachdem die beiden Scheiben 36

richtet ist. Eine Membran 32, die für den zu messen- und 38 zusammengebaut worden sind, kann der Teil

den Bestandteil durchlässig ist und für den Elektroly- der Membran 32, der über die Scheiben 36, 38 vor-

ten im wesentlichen undurchlässig ist, wie etwa Poly- steht, mit Hilfe eines Messers 50 in der in F i g. 3 ge-

äthylen oder Polytetrafluoräthylen, ist an einem zeigten Weise entfernt werden. Der zusammenge-

Membranhalter 34 befestigt, der später noch im De- 65 baute Membranhalter 34 wird dann zusammen mit

tail beschrieben werden wird. Der Membranhalter 34 einer elastischen ringförmigen Dichtung 48 in die

befindet sich zwischen dem einen Ende des Grund- Kappe 16 gebracht, und zwar zwischen die untere

körpers 12 und der Kappe 16, so daß die Membran Grundfläche der Scheibe 38 und die Endfläche des

Grundkörpers 12. Während die Kappe 16 auf den Körper 12 aufgeschraubt wird, wird die Membran 32 leicht über die glatte Oberfläche der Elektrode 22 gespannt und die elastische Dichtung 48 wird zusammengedrückt, so daß ein Hindurchtreten des Elektrolyten auf die andere Seite des Membranhalters 34 oder durch das Gewinde der Kappe 16 verhindert wird.

Aus der obigen Beschreibung wird deutlich, daß die Membran 32 in die polarographische Zelle 10 eingebaut werden kann, ohne daß irgendeine besondere manuelle Geschicklichkeit erforderlich wäre, und der Zusammenbau wird in einer sehr kurzen Zeitspanne erledigt. Solche Zellen, in die der erfindungsgemäße Membranhalter 34 eingebaut war, arbeiteten 90 Tage, ohne daß Mangel auftraten, wie Auslaufen des Elektrolyten oder das Wandern von Luftblasen in den Raum des Elektrolytfilms zwischen der Membran 32 und der Elektrode 22. Außerdem wiesen derartige Zellen eine Ansprechzeit von 10 Sekunden oder weniger, bezogen auf eine 90prozentige Reaktion, auf, was ein Zeichen dafür ist, daß die Membran 32 so unter Spannung gehalten wird, daß keine Falten auftreten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Zelle zur polarographischen Analyse eines in einer Probe enthaltenen Bestandteiles mit einem zylindrischen Grundkörper, der in seinem einen Ende eine Ausnehmung aufweist, in der ein Elektrolyt und ein Paar mit dem Elektrolyten in Verbindung stehender Elektroden angeordnet sind, von denen die eine zentrisch in dem zylindrischen Grundkörper angeordnet ist, mit einer für den Bestandteil durchlässigen, für den Elektrolyten aber undurchlässigen Membran und mit Einbaumitteln zur Befestigung der Membran über dem einen Ende des Grundkörpers in der Weise, daß die Ausnehmung verschlossen ist und die Membran an der einen Elektrode anliegt, wobei die Einbaumittel zwei ineinander passende mit je einer Öffnung versehene Klemmkörper enthalten, die die Membran durch Reibung so zwischen sich festklemmen, daß die Membran die Öffnungen der Klemmkörper überspannt, wobei diese öffnungen mit der einen Elektrode ausgerichtet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmkörper aus einem Paar zusammenwirkender Scheiben (36, 38) bestehen, die die Membran (32) zwischen sich in einer ebenen Fläche unter Spannung festklemmen und außen an dem einen Ende des Grundkörpers (12) mittels einer auf das eine Ende des Grundkörpers (12) aufschraubbaren, einen zentrisch angeordneten Durchgang (30) aufweisenden Kappe (16) befestigt sind, und daß die Dicke der dem Grundkörper (12) zugewandten Scheibe (38) so gewählt ist, daß nach Befestigung der Scheiben (36, 38) an dem Grundkörper (12) die die Scheibenöffnungen (42, 48) überspannende Membran (32) mit relativ leichter Spannung an der einen Elektrode (22) anliegt.

2. Polographische Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Scheiben (36, 38) und dem einen Ende des Grundkörpers (12) Dichtungen (48) vorgesehen sind.

3. Polarographische Zelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Scheibe (38) auf ihrer der Membran zugewandten Oberfläche eine zentrisch zu der Öffnung (42) dieser Scheibe (38) angeordnete Ausnehmung (40) aufweist und daß die zweite Scheibe (36) auf ihrer der Membran (32) zugewandten Oberfläche einen in die Ausnehmung (40) passenden Vor- so sprung (46) aufweist und daß beim Einspannen der Membran (32) der Rand der Membran (32) über den Umfang der Ausnehmung (40) der ersten Scheibe (38) übersteht.

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