198795. lajstromszámú szabadalom • Elektród elrendezés szabályozható felületű folyékony-fém elektróddal
1 HU 198795 B 2 A találmány tárgya elektród elrendezés szabályozható felületű folyékony-fém elektróddal, amely ionok és molekulák koncentrációjának meghatározására alkalmas. A klasszikus polarográfiás mérésekhez hidrosztatikus nyomás hatására folyamatosan csepegő higanyelektródot alkalmaznak. A csepegő higanyelektród előnyős tulajdonságai mellett több hátrányos sajátossággal rendelkezik. A folyamatosan változó cseppfelület következtében zavaró jelként kondenzátoráram folyik át az elektródon, továbbá a csepegésból adódóan úgynevezett kapilláris-hatás iép fel, mely jelenségek elsősorban a kis koncentrációk tartományában végzett analitikai méréseknél válnak jelentős mértékűvé, csökkentve a meghatározások érzékenységét és reprodukálhatóságát. A felsorolt zavaró jelenségek megszüntetésére kifejlesztették az ismételten megújítható, de a mérés során állandó felületű higanyelektródot, melynek alkalmazásával a polarográfiás módszerek teljesítőképessége jelentősen növelhető. Mivel a higanycsepp mérete állandó a mérés során, a felületváltozásból adódó .zavaró kondenzátor-áram nem jelentkezik. Megakadályozható az, hogy az elektród potenciál hatást gyakoroljon a felületi feszültség befolyásolásán keresztül a cseppméretre. A cseppméret és a csepp élettartama - kényszer rendszerről lévén szó - igen széles tartományban változtatható. Az ilyen típusú elektród elrendezések felépítésük alapján vagy tűszelepes vagy lapszelepes kialakításúak. A tűszelepes kivitelnél (pl. ilyen a TACUSSEL cég EGMA típusú polarográfiás állványa) a higanycsepp képzésére üvegkapilláris szolgál, amely egy higanytartállyal van egybeépítve. A kapilláris higanytartály felőli vége kúposán van kiképezve, és benne fém szeleptű van elhelyezve oly módon, hogy zárt állásban a szeleptű elzárja a higany kapillárisba vezető útját. A szeleptűt rugó és elektromágnes mozgatja. A szeleptű tölti be a higannyal villamos kapcsolatot létesítő érintkezőszerv szerepét, mely utóbbi egy mérőegység bemenetével van összekötve. Lapszelepes elektród elrendezést ismertet a 4 260 467 számú US szabadalmi leírás. A higanytartállyal egybeépített kapilláris cső higanytartály felőli végét gumi záróelemet tartalmazó lapszelep zárja le. A lapszelepet rugó és elektromágnes működteti. A mérőegység bemeneti vezetéke és a higanycsepp közötti kontaktus léterhozására a kapilláris cső higanytartály felőli végén kialakított körgyűrű alakú villamos vezető ón-dioxid film vagy a véghez rögzített vezető anyagú testecske szolgál. Az ismert állandó felületű higanyelektród elrendezéseknél hátrányos, hogy gondos kezelés ellenére is hamar meghibásodnak, és hogy drága, nagytisztaságú higany alkalmazását igénylik. A tűszelepes kialakításnál a fém szeleptű az üvegkapillárisban kialakított kúpos rész palástjával viszonylag kis felület mentén érintkezik, ezért nagy a zárást biztosító rugó nyomása, ha a nyomást kisebbre választanák, akkor a zárás bizonytalan lenne, utánfolyás lépne fel. A nagy rugónyomás ráadásul gyorsan lép fel, ugyanis a szelepet nyitó elektromágnes hatásának megszűnésével a rugó pillanatszerűen zár. A hirtelen erőhatás következtében gyakran eltörik az üvegkapilláris vagy a szeleptű. Ha törés nem is következik be, viszonylag rövid idejű üzemeltetés útón a szeleptű alakja a kopás következtében megváltozik, ezért a higany útjának lezárása bizonytalanná válik, továbbá fémporral lesz szennyezett a szelep környezete. A fémpor ugyancsak tömitetlenséget okoz, bizonytalanná teszi a higany útjának elzárását. Az ütésen hatására porlódik az üvegkapilláris is, amelynek szigetelő pora megbizhatatlanná teszi a villamos kontaktust. A gyakorlatban alkalmazott lapszelepes elrendezés fogyatékosságainak fő oka a villamos vezetőként alkalmazott ón-dioxid film. Az ón-dioxid kémiailag instabil, igy bomlás következtében a használat során inhomogénné válik, ellenállása megnő, következésképpen megbízhatatlan villamos vezetővé lesz. További hátránya, hogy a záróelem mozgása következtében viszonylag rövid idő alatt a vékony film lekopik, és a villamos vezetés megszűnik. Hátránya még az ismert kialakításnak, hogy a lapszelep gumi záróeleméhek kén komponense a higannyal reakcióba lépve azt szennyezi. Mindkét ismert kialakítás további hátránya, hogy az elektródként alkalmazott higany hőmérséklete a környezeti hatásoktól függően változik. Ez megváltoztatja a Faraday-áram mint mért jel nagyságát, rontva ezzel a meghatározások reprodukálhatóságát. Mindkét elektród elrendezésnél a gyakorlatban elektródként csak szobahőmérsékleten folyékony fémet, azaz csak higanyt lehet alkalmazni. A találmány szerinti szabályozható felületű folyékony-fém elektród elrendezés megalkotásakor az volt a célunk, hogy az ismert, állandó felületű folyékony-fém elektród elrendezések előzőekben részletezett hátrányait kiküszöböljük. A találmány tehát elektród elrendezés szabályozható felületű folyékony-fém elektróddal, amely elrendezésnek folyékony-fém tartálya, ezzel vezérelhető szelepen keresztül kapcsolatban lévő kapilláris csöve és a kapilláris cső folyékony-fém elektród cseppet adó végével ellentétes végénél elhelyezett, kapilláris szakasszal ellátott, villamos érintkezést biztosító fémteste van, amely fémtestnek a kapilláris szakasz nyílását körülvevő felülete a szelep üléseként van kialakítva. Az elektród elrendezést a találmány szerint az jellemzi, hogy a kapilláris cső elektród cseppet adó végével ellentétes vége a kapilláris 5 10 15 20 25 90 35 40 45 50 55 60 65 3
