158807. lajstromszámú szabadalom • Berendezés oxigén koncentrációjának elektrokémiai mérésére

158807 Újszerű megoldást jelentett a következő eljárás : (2 913 386 sz. USA szab.) Mindkét elektródot teflon membrán mögött helyezték el. Az elektródok között agar-agaros telített KCl oldat biztosította az elektrolitikus összeköttetést. Az érzékelő működésének alapelve az volt, hogy az oxigén a teflon-membrán pórusain átdiffundálva hozza létre az elektródok között a diffúziós áramot. A teflon-membrán védte az elektródokat az elpiszkolódástól, mechanikai szennyeződéstől. Ezzel a megoldással igen hosszú időn keresztül lehetett reprodukálható méréseket eszközölni és ennek megfelelően a membránnal ellátott elektródák szélesebb körben voltak használhatók. Az említett előnyök mellett a membrán alkalmazásából eredően hibák jelentkeztek: az érzékelők lassabban reagáltak az oxigénkoncentráció változásaira, a membrán pórusai egy idő múlva eltömődtek, a membrán könnyen megsérülhetett mechanikai hatásokra. A fenti membrános elektródok a fermentációs iparban nem voltak minden további nélkül alkalmazhatók. Sterilezéskor az elektródok elektrolit töltetében gőzbuborékok keletkeztek és zavarták a mérést, másrészt az óhatatlanul fellépő nyomáskülönbségek miatt a membrán mechanikailag megsérült. A sterilezések hatására fellépő nyomáskülönbségek okozta mechanikai károsodás ellen a membrános elektródákhoz nyomáskiegyenlítő vezetéket alkalmaztak (Biotechnol. Bioeng. 6 (1964) 4571. Ez az utóbbi megoldás kerül jelenleg legkiterjedtebb alkalmazásra. Jelen találmányunk tárgya berendezés oxigén koncentrációjának vízben való mérésére, azzal jellemezve, hogy a mérendő folyadékba merülő membrán nélküli katódja (1), a közegtől diafragmával (4) elválasztott térben telített só oldatba (3) merülő membrán nélküli anódja (2), kívánt esetben nyomáskiegyenlítő vezetéke (7), valamint a műszer érzékenységét beállító segédáramforrása és/vagy mérőerősítője (8) van. Az elektródák közötti belső ellenállás 45—5 kgß ill. 45—20 kgß. (A belső ellenállást 20 C°'ön, levegővel telített n/100 KCl oldatban mérjük) Berendezésünk alapja az a megfigyelésünk, hogy az érzékelők közötti belső ellenállás determinálja a mérőberendezések előnyös műszaki tulajdonságait. Kísérleti eredményeink szerint a belső ellenállás megnövekedéséből erednek a membránnal készült érzékelők előnyös műszaki tulajdonságai is. Ha membrán nélkül készített érzékelőinknek megfelelően nagy belső ellenállást biztosítunk, megtarthatjuk az előnyöket a membrán alkalmazásából eredő hibák kiküszöbölésével. Kísérletileg vizsgáltuk az oxigénérzékelő elektródok <belső ellenállása (R&), a mérőkör el-10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 65 lenállása (R&), valamint az érzékenység (1 mg) 1 Ü2-nek megfelelő mérőáram nagysága), a reprodukálhatóság (polarizáció és elpiszkolódás miatti áramváltozás (nap) és a linearitás (02 koncentráció-mérőáram függvénykapcsolat) értéke közötti összefüggéseket. Az eredmények azt mutatták, hogy növekvő Rj, esetén csökkent az érzékenység, növekedett a reprodukálhatóság és igen nagy Rj, értókekjg megmaradt a lineapjtás — ami a mérés egyik alapfeltétele. A Tödt által készített érzékelők, mint említettük, csak rövid ideig adtak reprodukálható eredményeket. A fentiek szerint — találmányunk értelmében — R& növeléssel javítani lehet a reprodukálhatóságot, ellenben ugyanakkor csökken a műszer érzékenysége. A műszer érzékenységének csökkenése miatt még érzékenyebb árammérők, vagy erősítők alkalmazása szükséges. Az üzemi kísérleteken átesett érzékelők vizsgálatakor továbbá azt tapasztaltuk, hogy az érzékelők (már Tödt által is észlelt), hibái, tehát az elpiszkolódás, a polarizációs termékek halmozódása egyaránt az elektródfelületek csökkenését okozzák, azaz R& növekedést eredményeznek. Nagyobb R& esetén tehát relatíve kevésbé érezteíhetik hatásukat. Megfigyeltük, hogy az érzékelők belső ellenállásának egyrésze a mérőkörbe iktatott külső ellenállással (R6

) is helyettesíthető. A fentiekben lefektetett új elvek és megfigyelések alapján dolgoztuk ki műszerünket. Előnyös, ha a berendezésben az elektródák közötti 45—5 kgß belső ellenállást 0,1/^—30,« max. pórusátmérőjű 4 diafragma biztosítja, mely előnyösen üveg, parafa, kerámia,vagy cellulózból készült. Előnyös továbbá, ha a műszer érzékenységét segédáramforrás és/vagy 8 mérőerősítő alkalmazásával állítjuk be. Katódként előnyösen alkalmazhatunk arany-, ezüst- vagy platinalemezt. Az anód ólom vagy alumínium-huzal, amely telített só-oldat adalékanyaggal viszkózussá tett vizes oldatába merül és amelyet úgy választunk meg, hogy á katóddal együtt az oxigénleválás feszültségét biztosítja. Adalékanyagként előnyösen alkalmazhatunk alkálihalogénidet pl. nátriumkloridot, agaragart, stb. Az érzékelő — döntően fontos — belső ellenállását a szerkezeti jellemzők együttesen határozzák meg, elsősorban a 4 diafragma. A fentiekben felsoroltuk az előnyösen alkalmazható diafragma-anyagokat. Azonos diafragma-anyagok esetén a diafragma vastagságának beállításával alakítjuk ki a szükséges belső ellenállást. A találmányunk szerinti berend-eaés és eljárás széles körben nyerhet alkalmazást. Kiemelkedő fontosságú a fermentációs iparban való felhasználhatósága. Fermentációs ipari célokra a 2