194406. lajstromszámú szabadalom • Gázelektród gázok, gőzök és vizes oldatok sav- és bázisanhidrid, valamint oxigén koncentrációjának mérésére
1 194.406 2 A találmány tárgya gőzök, gázok és vizes oldatok sav- és bázisanhidrid, valamint oxigén koncentrációjának mérésére szolgáló gázelektród. Ez a gázelektród referencia-elemmel rendelkező pH elektióddal, vagy amperometriás oxigén érzékelővel, azokhoz csatlakoztatott mérőüveggel, a mérendő közeg (gázok, gőzök és vizes oldatok) be- és kivezetésére szolgáló nyílással, és a toltőoldat, ill. a mérendő közeg tárolására szolgáló térrel rendelkező mérőcellával van ellátva. A gázelektród fő alkalmazási területe a víz és gázanalitika. Lehetővé teszi az ammónia, kéndioxid, kénhidrogén, illékony aminok, az oxigén koncentráció stb. gyors, folyamatos vagy szakaszos meghatározását. Gázok, gőzök és vizes oldataik gázérzékeny elektród érzékelővel történő meghatározása megoldott feladat. Az illékony sav és bázisanhidridek vizes oldatokban abszorbeálódva megváltoztatják azok pH-ját és ez a változás az oldattal érintkező pH-elektródon elektródpotenciál változást hoz létre. Az ezideig kidolgozott és kereskedelmi forgalomban is kapható berendezések a ph-elekíróddal érintkező ún. „töltőoldatot” speciális gázáteresztő membránnal választják el a mérendő közegtől. A mérendő gázkomponens először átdiffundál a membránon, majd oldódik a töltőoldatban és megváltoztatja ennek pH-ját. A töltőoldattal érintkező pH-elektród ezt a változást méri. Hasonló a helyzet az oxigén elektród esetében is, azzal a különbséggel, hogy a membránon átdiffundáló oxigén gáz a külső feszültséggel polarizált általában nemesfém elektródrendszer katódján redukálódik. A redukció következtében - a két elektród között — kialakuló elektronvándoriás által létrejövő - áram erőssége arányos az oxigén koncentrációjával. A gázérzékelő berendezések gyenge pontja a gázáteresztő membrán. A membrán a lassú diffúziós anyagtranszport miatt jelentősen megnöveli az elektród válaszidejét. Hátrányos tulajdonsága a membránoknak az is, hogy pórusaik a használat során lassan eltömődnek, ami a válaszidő további meghosszabbodásával jár. A membránokon bevonatot képező anyagot tartalmazó mintaoldatok (pl. az olajjal szennyezett vizek) egyáltalán nem mérhetők. Az ilyen elektród megbízható működése a membrán fy'akori cseréjét és ezzel együtt az elektród gyakori alibrálását teszi szükségessé. A találmány célja olyan megoldás biztosítása, amely jelentősen lerövidíti a válaszidőt, és hosszú idejű, csekély karbantartást igénylő, megbízható működést tesz lehetővé. A találmány alapja az a felismerés, hogy a fenti célkitűzést teljesíthetjük, ha a membránt elhagyjuk és függőleges vagy a függőleges és vízszintes pozíció közötti helyzetben az érzékelő fejével felfelé elhelyezett pH-elektród, vagy amperometriás oxidén érzékelő körül zárt térben áramoltatjuk a mérendő közeget úgy, hogy az elektród felett kialakított töltőoldat film és a mérendő közeg csak gáztéren át érintkezzen. A válaszidőt a gáztér (légrés) változtatásával szabályozhatjuk. A találmány szerinti gázelektród lényege, hogy a mérendő közeg be- és kivezetésére szolgáló csőcsonkokkal, a mérendő közeg befogadására alkalmas térrel, valamint a mérendő közeg átáramoltatására szolgáló csatornával ellátott mérőcellája van. A mérőcellában elhelyezett pH-elektród, illetve amperometriás oxigén érzékelő végén van elhelyezve a mérőüveg, a mérőüveg felett és a pH-elektród, illetve az amperometriás oxigén érzékelő körül legalább a referenciaelemig elhelyezkedő, a töltőoldat tárolására szolgáló alsó- és felső tárolótér van kialakítva. A mérőcella és a pH-elektród, illetve az amperometriás oxigén érzékelő közé a töltőoldat kifolyását megakadályozó tömítőgyűrű van elhelyezve. A mérő cellához változtatható légteret eredményező, állítható sapka van csatlakoztatva. Egy további kiviteli alakjában a mérőcellában pH-elektród, vagy amperometriás oxigén érzékelő függőlegesen a lapos mérőüveggel felfelé van elhelyezve, olymódon, hogy a pH-elektród, vagy az amperometriás oxigén érzékelő a mérőcella közepén helyezkedik el és felette - előnyösen 1-10 mm magasságig - töltőoldat részére kiképzett tárolótér van. Egy másik lehetséges kiviteli alakjában apH-elektród, vagy az amperometriás oxigén érzékelő a mérőcellában a vízszintes és a függőleges pozíció közötti szögtartomány bármelyikében van elhelyezve. A találmányt egy kiviteli példa kapcsán rajzok alapján ismertetjük közelebbről. A mellékelt rajzokon az 1. ábra a 2. ábrán bejelölt I-I egyenes mentén felvett metszet, a 2. ábra a találmány szerinti gázelektród egy lehetséges kiviteli alakjának vázlatos hosszmetszete. A példaként bemutatott kiviteli alaknak - mint az 1. és 2. ábrán látszik - a mérendő közeg be- és kivezetésére szolgáló 3 és 3’ csőcsonkokkal, a mérendő közeg befogadására alkalmas 8 térrel, a mérendő közeg átáramoltatására szolgáló 2 csatornával ellátott 1 mérőcellája van. Az 1 mérőcellában 4 pH-elektród függőlegesen, 5 mérőüvegével felfelé van elhelyezve, az 5 mérőüveg felett öt mm magasságtól 10 referencia-elemig a 4 pHelektród közül a töltőoldat befogadására szolgáló alsó- és felső 7 és 9 tárolótér van kialakítva. Az 1 mérőcella és a 4 pH-elektród közé a töltőoldat kifolyását megakadályozó 11 tömítőgyűrű van elhelyezve. Az 1 mérőcellához változtatható légteret eredményező állítható 6 sapka van csatlakoztatva. A találmány szerinti gázelektród működése — folyadékban oldott gázok mérése esetén — a következő: Az 1 mérőcellát 6 sapka nélkül ráhúzzuk a 4 pH-elektród 5 mérőüveg felőli részére, majd a nyitott 4 mérőcellán át 4 pH-elektród 5 mérőüvegére alsó és felső 7 és 9 tárolótérben annyit cseppentünk az adott komponens méréséhez szükséges töltőoldatból, hogy az a teljes felületet lefedje, illetve az 5 mérőüveg és a 10 referencia-elem közti teret kitöltse. (A töltőoldat a 7 tárolótérből történő lefolyását all tömítőgyűrű akadályozza meg.) Ezután 6 sapkát ráhelyezzük az 1 mérőcellára és a 6 sapka fel-, illetve lefelé történő mozgatásával beállítjuk az 1 mérőcellában lévő gáztér nagyságát, illetve a 1 mérőcella válaszidejét. Megkezdjük a 8 mérendő közeg áramoltatását az 1 mérőcellának erre a célra kiképzett 2 csatornájában 3 csőcsonkokon keresztül. A 4 pH-elektród által felvett potenciálértéket, illetve áramerősséget - ami a mérendő gázkomponens koncentrációjának logaritmusával arányos — a beállított válaszidőtől függően (0,1-10,0 percj az egyensúlyi érték beállítása után olvassuk le a 4*pH-elektródhoz csatlakoztatott nagy bemeneti ellenállású mV-mérőn, vagy ampermérőn. A találmány szerinti gázelektród előnye, hogy a szennyeződésre rendkívül érzékeny gázáteresztő membránt nem tartalmaz. Ennek következtében sze-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2
