DE3242456A1 - Electrode arrangement with an ion-sensitive electrode having a polymer membrane - Google Patents
Electrode arrangement with an ion-sensitive electrode having a polymer membraneInfo
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Abstract
Description
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft eine Elektrodenanordnung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art. Derartige Elekrodenanordnungen dienen der potentiometrischen Messung von Ionenkonzentrationen in einer strömenden Probenflüssigkeit.The invention relates to an electrode arrangement in the preamble of claim 1. Such electrode arrangements are used for potentiometric Measurement of ion concentrations in a flowing sample liquid.
In jüngster Zeit werden zu Elektrolytbestimmungen in biologischen Flüssigkeiten (sowie ähnlichen Meßmedien mit grundsätzlich bekannter chemischer Matrix-Zusammensetzung) in zunehmenden Maß Analysengeräte mit ionensensitiven Meßsystemen eingesetzt, da die potentiometrische Bestimmung der Elekrtolyte gegenüber dem herkömmlichen Verfahren der Flammenphotometrie deutliche Vorteile bietet. Die Sensoren eines solchen Analysators sind ionensensitive Elekroden (ISE), die prinzipiell aus dem eigentlichen Sensor - der sogenannten ionensensitiven "Membran" - und einem elektrischen Arbeitssystem bestehen.Recently, electrolyte determinations in biological Liquids (as well as similar measuring media with basically known chemical Matrix composition) increasingly analyzing devices with ion-sensitive measuring systems used because the potentiometric determination of the electrolyte compared to the conventional Method of flame photometry offers clear advantages. The sensors of one of these Analyzer are ion-sensitive electrodes (ISE), which in principle consist of the actual Sensor - the so-called ion-sensitive "membrane" - and an electrical working system exist.
Nach Aufbau und Zusammensezung ihrer Membran unterscheidet man zwischen Glasmembran-, Festkörper- bzw. Kristallmembran-, Flüssigmembran- und Matrix- bzw. Polymermembran-ISE. In den letzten Jahren setzen sich für Analysatoren der beschriebenen Art zunehmend Polymembran-Sensoren durch, da solche Membranen erheblich bessere Eigenschaften in Hinblick auf den gewünschen Einsatzzweck bieten als andere Membran-Typen. Herstellung und Anwendung von ionensensitiven Polymermembranen sind grundsätzlich bekannt und werden seit Jahren in der einschlägigen Literatur disku- tiert (siehe z.B. W.E.Morf und W.Simon in "Ion-Selective Electrodes Based on Neutral Carriers", sowie G.J.Moody und J.D.R.Thomas in "Poly(Vinyl Chloride) Matrix Membrane Ion-Selective Electrodes"; beide in "Ion-Selective Electrodes in Analytical Chemistry", Volume 1 von Henry Freiser (Ed.) Plenum Press New York 1978). Die entsprechenden Verfahren sind im Prinzip Stand der Technik und kein Gegenstand dieser Erfindung.A distinction is made between the structure and composition of their membrane Glass membrane, solid or crystal membrane, liquid membrane and matrix or Polymer membrane ISE. In the last few years the analyzers described have been used Art increasingly using poly-membrane sensors, since such membranes are considerably better Provide properties with regard to the desired application than other membrane types. The manufacture and use of ion-sensitive polymer membranes are fundamental known and have been discussed for years in the relevant literature animals (see e.g. W.E. Morf and W.Simon in "Ion-Selective Electrodes Based on Neutral Carriers", as well as G.J.Moody and J.D.R.Thomas in "Poly (Vinyl Chloride) Matrix Membrane Ion-Selective Electrodes "; both in" Ion-Selective Electrodes in Analytical Chemistry ", Volume 1 by Henry Freiser (Ed.) Plenum Press New York 1978). The appropriate procedures are in principle prior art and not part of this invention.
Im allgemeinen bestehen ionensensitive Polymermembranen aus drei lipophilen Hauptkomponenten: einem polymeren Stützmaterial (z.B. PVC), einer ionensensitiven Trägersubstanz ("Carrier", "Ionophor") oder einem entsprechenden selektiven Ionenaustauscher, sowie einem Lösungsmittel für die Trägersubstanz (bzw. den Ionenaustauscher). Das Lösungsmittel wirkt zumeist gleichzeitig als Weichmacher für das Polymer. Im Gebrauch unterliegen alle ionensensitiven Polymermembranen mehr oder minder stark einer allmählichen Alterung, welche verursacht wird durch geringgeringfügiges "Ausbluten" der Trägersubstanz und des Lösungsmittels.In general, ion-sensitive polymer membranes consist of three lipophilic ones Main components: a polymeric support material (e.g. PVC), an ion-sensitive Carrier substance ("carrier", "ionophore") or a corresponding selective ion exchanger, and a solvent for the carrier substance (or the ion exchanger). That Solvent mostly acts as a plasticizer for the polymer at the same time. In use All ion-sensitive polymer membranes are more or less subject to a gradual Aging, which is caused by minor "bleeding" of the carrier substance and the solvent.
Die Geschwindigkeit dieser Alterung ist abhängig von der ursprünglichen Konzentration der "ausblutenden" Komponenten in der Membran, von den Lipophilität dieser Substanzen sowie von der Größe der Kontaktfläche Membran/Probengut - der aktiven Sensorfläche und der Analysenhäufigkeit. In jedem Fall ist die wirksame Lebensdauer von Polymermembranen begrenzt, so daß gealterte Sensoren in einem Analysengerät nach einer gewissen Betriebszeit durch "frische" Sensoren ersetzt werden müssen.The speed of this aging depends on the original one Concentration of the "bleeding" components in the membrane, from the lipophilicity these substances as well as the size of the membrane / sample material contact surface active sensor area and the frequency of analysis. Either way, it is the most effective Lifetime of polymer membranes limited, so that aged sensors in an analyzer have to be replaced by "fresh" sensors after a certain period of operation.
Der Austausch der gealterten Sensoren soll von Anwendern des Analysengerätes ohne vorherige Schulung einfach und schnell vorgenommen werden können. Obwohl in aller Regel nur die ionensensitive Membran einer ISE der Alterung unterliegt (nicht jedoch ihr elektrisches Ableitsystem), setzt ein Membran-Wechsel durch den Anwender oft große Fingerfertigkeit voraus, und ist daher in den meisten Fällen kaum zumutbar. Aus diesem Grund ist es Stand der Technik, solche Polymermembran-Sensoren als komlette Einheiten (d.h. zusammen mit dem elektrischen Ableitsystem) auszuwechseln. Als Wegwerf- bzw. Austausch-Artikel werden Polymer-ISE (PME) damit zu einem bedeutenden Kostenfaktor für den Anwender.The replacement of the aged sensors should be carried out by users of the analyzer can be carried out quickly and easily without prior training. Although in As a rule, only the ion-sensitive membrane of an ISE is subject to aging (not however, their electrical discharge system) requires the user to change the membrane often great manual dexterity and is therefore hardly reasonable in most cases. For this reason it is state of the art to provide such polymer membrane sensors as complete Replace units (i.e. together with the electrical discharge system). As a disposable As a result, polymer ISE (PME) or replacement items are becoming a significant cost factor for the user.
Herkömmliche Ableitsysteme für PME enthalten flüssige Innenelektrolyte, austauschbare PME mit flüssigen Ableitsystemen sind bekannt und wurden z.B. in der EP-A1 00 27 256 und der EP-Al 00 42 157 offenbart. Der durch Dichtungsprobleme verursachte relativ komplizierte Aufbau solcher PME mit liquider Ableitung, sowie die hierdurch bedingten schwierigen handwerklichen Fertigungsverfahren und die damit verbundenen hohen Fertigungskosten führten in den letzten Jahren zur Entwicklung von sogenannten "All-Solid-State"-oder Festkontakt-Polymermembran-Elektroden FK-PME). Bei bekannten Austasch-PME dieser Art (z.B.Conventional discharge systems for PME contain liquid internal electrolytes, Exchangeable PME with liquid drainage systems are known and have been e.g. EP-A1 00 27 256 and EP-Al 00 42 157 are disclosed. The one caused by sealing problems relatively complicated structure of such PME with liquid discharge, as well as the resulting difficult manual manufacturing processes and the associated ones In recent years, high manufacturing costs have led to the development of so-called "All-solid-state" or fixed contact polymer membrane electrodes (FK-PME). At acquaintances Austasch PME of this type (e.g.
DE-OS 28 54 444 und DE-OS 29 22 884) erfolgt die Kontaktierung der ionensensitiven Polymermembram über einen verfestigten Zwischenelektrolyten zu einem metallischen Ableitsystem. Bei der Herstellung solcher Sensoren werden zunächst die Komponenten der ionensensitiven Membran in einem geeigneten Lösungsmittel aufgelöst. Diese flüssige Polymerlösung wird dann durch Vergießen in die gewünschte Form gebracht und anschließend durch Verdunsten des organischen Lösungsmittels getrocknet und gehärtet. Darauf folgend wird ein zunächst gelförmiger Ableit-Elektrolyt mit der Membran kontaktiert und gleichzeitig mit einem metallischem Ableitsystem in Verbindung gebracht. Nach Erstarrung des Gels ist damit eine "feste" Verbindung von Membran und elektrischer Ableitung hergestellt. Es ist ersichtlich, daß die Fertigung solcher Sensoren zwangsläufig in mehreren Produktionsschritten abläuft, und damit die Fertigungskosten sehr hoch liegen.DE-OS 28 54 444 and DE-OS 29 22 884) the contact is made ion-sensitive polymer membrane via a solidified intermediate electrolyte to form a metallic conduction system. In the manufacture of such sensors, first of all the components of the ion-sensitive membrane are dissolved in a suitable solvent. This liquid Polymer solution is then desired by potting in the Shaped and then dried by evaporation of the organic solvent and hardened. This is followed by an initially gel-like discharge electrolyte contacted the membrane and at the same time with a metallic dissipation system in Connected. After the gel has solidified, there is a "solid" connection made of membrane and electrical discharge. It can be seen that the Production of such sensors inevitably takes place in several production steps, and thus the manufacturing costs are very high.
In klinisch-chemischen Analysengeräten erfolgt üblicherweise eine simultane Messung unterschiedlicher Parameter mit mehreren verschiedenen ISE zur gleichen Zeit. Da hierzu in der Regel nur eine geringe Probenmenge zur Verfügung steht, muß die aktive Sensorflälche - d.h. die Kontaktfläche Sensor/Meßgut - möglichst klein gestaltet werden, um gleichzeitig mehrere PME mit der geringen Probenmenge (üblicherweise weniger als 500 /ul) in Verbindung bringen zu können. Bei der Herstellung der beschriebenen FK-PME ergeben sich daher besondere fertigungstechnische Schwierigkeiten aus dem Umstand, daß einerseits die ionensensitive Membran probenseitig sehr kleinflächig und von reproduzierbarer Geometrie sein soll, andererseits aber die Herstellung solcher reproduzierbaren Membranen erschwert wird durch das Vergießen der Membran-Lösung in flüssigem Zustand. Hierdurch muß eine hohe Ausschußrate in Kauf genommen werden, da eine reproduzierbare Trocknung und Aushärtung der zuvor flüssigen Komponenten (Membran und verfestigter Ableit-Elektrolyt) nur schwer erreichbar ist, und eventuelle Fehlfunktionen des fertigen Sensors (aufgrund von Härtungs und Trocknungsfehlern, wie z.B.In clinical-chemical analysis devices there is usually a simultaneous measurement of different parameters with several different ISEs for same time. Since there is usually only a small amount of sample available for this purpose the active sensor surface - i.e. the contact surface between the sensor and the material to be measured - must be as close as possible can be made small in order to simultaneously handle several PMEs with the small amount of sample (usually less than 500 / ul). In the preparation of the described FK-PME therefore result in particular manufacturing difficulties from the fact that, on the one hand, the ion-sensitive membrane has a very small area on the sample side and should be of reproducible geometry, but on the other hand the production Such reproducible membranes are made more difficult by the casting of the membrane solution in liquid state. As a result, a high reject rate has to be accepted, because a reproducible drying and hardening of the previously liquid components (Membrane and solidified discharge electrolyte) difficult to reach is, and possible malfunctions of the finished sensor (due to curing and drying errors, such as.
Luftblasen etc.) erst bei einer späteren Funktionskontrolle erkannt werden können. Da nach dem Trocknen und Aushärten Membran und Ableitsystem unlösbar verbunden sind, können fehlerhafte Sensoren dann nur komplett verworfen werden, was bei der üblichen Verwendung von Edelmetallen (insbesondere Silber oder Platin) als elektrische Ableiter sowie einer verfahrensbedingten hohen Ausschuß-Rate zu einer erheblichen Verteuerung solcher FK-PME führt.Air bubbles etc.) only recognized during a later function check can be. Since the membrane and drainage system cannot be removed after drying and hardening are connected, faulty sensors can only be completely discarded what with the usual use of precious metals (especially silver or platinum) as an electrical arrester as well as a process-related high reject rate leads to a considerable increase in the cost of such FK-PME.
Demgegenüber wird in der DE-OS 29 41 083 ein Verfahren beschrieben, das analog der Herstellung von sogenannten "Coated Wire"-Elekroden (Siehe z.B. H. Freiser in "Coated Wire Ion-Selective Electrodes" in "Ion-Selective Electrodes in Analytical Chemistry", Volume 2, von Henry Freiser (Ed.) Plenum Press, New York 1980) die Herstellung von FK-PME in nur einem Arbeitsgang ermöglicht. Dabei wird unter Weglassung eines verfestigten Ableitelektrolyden eine ionensensitive Polymerlösung direkt mit einem metallischen Ableitsystem in Verbindung gebracht und darauf angetrocknet.In contrast, a method is described in DE-OS 29 41 083, analogous to the production of so-called "coated wire" electrodes (see e.g. H. Freiser in "Coated Wire Ion-Selective Electrodes" in "Ion-Selective Electrodes in Analytical Chemistry ", Volume 2, by Henry Freiser (Ed.) Plenum Press, New York 1980) enables the production of FK-PME in just one operation. It will with the omission of a solidified discharge electrolyte, an ion-sensitive polymer solution connected directly to a metallic drainage system and dried on it.
Eine reproduzierbare Beschichtung des Ableitkontakts mit der ionensensitiven Membran wird hierbei dadurch gewährleistet, daß in einer speziell konstruiertenn Uberdruckkammer die Trocknung der Membran bei kontrolliertem Überdruck und/oder erniedrigter Temperatur erfolgt, wodurch eine reproduzierbar störungsfreie Kontaktzone Membran/Ableitkontakt durch Vermeidung von Blasenbildung erreicht werden kann. Es ist ersichtlich, daß auf solche Weise zwar die mögliche Ausschuß-Rate verringert wird, jedoch nur unter Zuhilfenahme eines sehr aufwendigen Verfahrens. Darüberhinaus können in der Qualitätskontrolle als fehlerhaft erkannte Sensoren auch bei Einsatz dieses Verfahrens nur komplett verworfen werden, d.h. einschließlich des teuren Edelmetall-Ableitsystems.A reproducible coating of the leakage contact with the ion-sensitive Membrane is guaranteed that in a specially constructed Overpressure chamber the drying of the membrane at controlled overpressure and / or reduced temperature takes place, creating a reproducible, trouble-free contact zone Membrane / leakage contact by avoiding the formation of bubbles achieved can be. It can be seen that in such a way the possible reject rate is reduced, but only with the aid of a very complex process. In addition, sensors identified as faulty in quality control even if this method is used, they can only be discarded in full, i.e. including of the expensive precious metal dissipation system.
Ein weiterer Nachteil der beschriebenen Herstellungsverfahren für FK-PME liegt darin begründet, daß als Ergebnis der jeweiligen Kontaktierungsverfahren und der geforderten kleinen aktiven Sensorfläche (Kontaktzone Membran/Probegut) das Verhältnis von Membran-Gesamtvolumen zu aktiver Sensorfläche nicht sehr groß ist. "Ausblutende" Membran-Komponenten können daher nicht aus anderen Membranzonen (welche nicht mit Probengut in Verbindung stehen) ersezt werden. Hierdurch wird die mögliche Lebensdauer solcher Membranen erheblich eingeschränkt.Another disadvantage of the manufacturing process described for FK-PME is based on the fact that as a result of the respective contacting process and the required small active sensor surface (contact zone membrane / sample) the ratio of the total membrane volume to the active sensor area is not very large is. "Bleeding" membrane components can therefore not leave other membrane zones (which are not in contact with the sample) are replaced. This will the possible service life of such membranes is severely restricted.
Der in Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine langlebige und festkontaktierte ionensensitive Polymermembran-Elektrodenanordnung der eingangs angegebenen Gattung für die Verwendung in einem ionensensitiven Analysengerät zu schaffen, die kostengünstig gefertigt werden kann.The invention specified in claim 1 is therefore based on the object a durable and firmly contacted ion-sensitive polymer membrane electrode assembly of the type specified at the beginning for use in an ion-sensitive analyzer to create that can be manufactured inexpensively.
Des weiteren soll ein günstigeres Verhältnis von Membran-Gesamtvolumen zu aktiver Sensorfläche erzielt werden, um die Lebensdauer solcher Sensoren zu verbessern.Furthermore, a more favorable ratio of the total membrane volume should be achieved too active sensor surface can be achieved in order to improve the service life of such sensors.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt in der Konstruktion eines Meßsystems zur Aufnahme dieser Sensoren, das einerseits eine leichte und schnelle Austauschbarkeit der beschriebenen Elektroden gewährleistet, und andererseits so klein gestaltet ist, daß auch geringe Probenmengen noch zuverlässig gemessen werden können.Another object of the present invention is design a measuring system for recording this Sensors, on the one hand a easy and quick interchangeability of the described electrodes ensures, and on the other hand is designed so small that even small amounts of sample are still reliable can be measured.
Mit nach der Erfindung gefertigten Elektrodenanordnungen konnte estmals nachgewiesen werden, daß - entgegen den bisher angewendeten Techniken - eine "trockene" Verbindung zwischen Membran und Ableitfläche, welche unter einem gewissen mechanischen Anpreßdruck steht, ausreichend ist, um die ionensensitiven Eigenschaften des Membranelements zur Auswirkung kommen zu lassen.With electrode assemblies manufactured according to the invention, first it can be demonstrated that - contrary to the techniques previously used - a "dry" Connection between membrane and deflection surface, which under a certain mechanical Contact pressure is sufficient to maintain the ion-sensitive properties of the membrane element to have an effect.
Die Erfindung weist insbesondere die folgenden Vorteile auf: Vorgefertigte Membranen können chargenweise (d.h.In particular, the invention has the following advantages: Prefabricated Membranes can be used in batches (i.e.
repräsentativ) bereits vor der Kontaktierung unabhängig vom Ableitsystem erprobt werden. Auch bei fehlerhafter Membran (z.B. durch Ansatzfehler oder falsche Rezeptur der Membran-Polymerlösung) gehen keine komplett gefertigten Elektroden mehr verloren. representative) even before contacting, regardless of the lead system to be tried out. Even if the membrane is defective (e.g. due to a faulty setting or incorrect Recipe of the membrane polymer solution) completely manufactured electrodes do not work lost more.
Bei der Qualitätskontrolle brauchen defekte Sensoren nicht komplett vernichtet werden. Nach Auswechseln der Membran ist das Ableitsystem erneut verwendbar. For quality control, defective sensors do not need to be complete be destroyed. After replacing the membrane, the drainage system can be used again.
Alle Kunststoffteile können als Formteile ausgebildet sein, so daß keine handwerklichen Nacharbeiten not wendig sind. All plastic parts can be designed as molded parts, so that no manual reworking is necessary.
Mechanisch selbstjustierende und -dichtende Systeme beim Zusammenbau der Elektrode und beim Elektrodenwechsel gestatten eine schnelle und unkomplizierte Handhabung. Mechanically self-adjusting and self-sealing systems during assembly the electrode and when changing electrodes allow a quick and uncomplicated Handling.
Das Verhältnis vom Membranvolumen zur aktiven Sensorfläche beträgt bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ca. 1,6 mm im Vergleich zu dem bekannter Elektroden von weniger als 0,5 mm. The ratio of the membrane volume to the active sensor area is in an advantageous embodiment of the invention about 1.6 mm compared to the known electrodes of less than 0.5 mm.
Demgemäß kann eine etwa dreimal längere Lebensdauer der Membranen erwartet werden. Accordingly, the diaphragms can have an approximately three times longer service life to be expected.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung lassen sich die notwendigen mechanischen Anpreßkräfte in einfacher Weise durch Schraubenfedern aufbringen, welche auf den Randbereich der Membran bzw. das Ableitelement den notwendigen Druck ausüben. Die Elektrodenanordnung bildet mit dem ringförmigen Trägerelement eine leicht auswechselbare Einheit, die zwischen Probenkanal und elektrischem Anschluß einsteckbar ist. Die Einheit ist - bei entsprechend abgeschlossener Gestaltung der Flüssigkeitskammer - gegen mechanische Beschädigung gesichert und kann von der Bedienungsperson ohne besondere Kenntnisse und Handfertigkeiten ausgewechselt werden. Ein zylinderförmiger Rand des Elektrodenelements dient dabei als Griffhülse.In the solution according to the invention, the necessary mechanical Apply contact pressure in a simple manner by coil springs, which on the Apply the necessary pressure to the edge area of the membrane or the discharge element. the Together with the ring-shaped support element, the electrode arrangement forms an easily replaceable one Unit that can be inserted between the sample channel and the electrical connection. the Unit is - with a correspondingly closed design of the liquid chamber - secured against mechanical damage and can be operated by the operator without special knowledge and skills are exchanged. A cylindrical one The edge of the electrode element serves as a grip sleeve.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben bzw. werden anhand des Ausführungsbeispiels, welches in der Figur dargestellt ist, näher beschrieben.Preferred developments of the invention are set out in the subclaims specified or are based on the embodiment shown in the figure is described in more detail.
Die einzige Figur zeigt eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung.The single figure shows a side view of the electrode arrangement according to the invention.
Bei der in der Figur wiedergegebenen Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung ist ein Grundkörper 1 fest in einem nicht näher dargestellten Gerät für ionensensitive Analysen zur Aufnahme von mehreren Elektroden installiert. Der Grundkörper ist als Thermoplastspritzteil ausgeführt. Die zu untersuchende Flüssigkeit gelangt in Pfeilrichtung zu einer Zuflußöffnung 2 und von dort aus in geradem Weg über einen Ansatz 3 in die auswechselbare Elektrodenanordnung 4.In the embodiment shown in the figure of the invention The electrode arrangement is a base body 1 fixed in a not shown in detail Device for ion-sensitive analysis installed to accommodate multiple electrodes. The base body is designed as a thermoplastic injection-molded part. The liquid to be examined arrives in the direction of the arrow to an inflow opening 2 and from there in a straight line via an attachment 3 into the exchangeable electrode arrangement 4.
Der Verbindungsweg (Probenkanal) für die Analysenflüssigkeit zur Auslaßöffnung verläuft innerhalb eines entfernbaren Elektrodenelementes und schließt über ein Anschlußelement 5 wiederum an den Grundkörper 1 an, welcher mittels einer in gerader Richtung verlaufenden Bohrung 6 die Verbindung zur nachfolgenden (nicht dargestellten) Elektrodenanordnung herstellt.The connection path (sample channel) for the analysis liquid to the outlet opening runs within and encloses a removable electrode element Connection element 5 in turn to the base body 1, which by means of a straight Direction running hole 6 the connection to the following (not shown) Manufactures electrode assembly.
Es ist ersichtlich, daß der Weg für die Flüssigkeit äußerst kurz ist, so daß die betreffenden Tests mit einer sehr kleinen Substanzmenge durchführbar sind. Dazu kommt, daß die Elektroden einzeln zugänglich und von dem Grundkörper ohne weiteres entfernbar sind. Die zu analysierende Flüssigkeit verläßt nach dem Durchströmen der ionensensitiven Elektroden einschließlich Referenzelektrode den Grundkörper durch eine Auslaßöffnung 10. Der Aufbau einer einzelnen Elektrode soll nachfolgend näher dargestellt werden.It can be seen that the path for the liquid is extremely short, so that the tests in question can be carried out with a very small amount of substance are. In addition, the electrodes are individually accessible and from the base body are easily removable. The liquid to be analyzed leaves after Flow through the ion-sensitive electrodes including the reference electrode Base body through an outlet port 10. The structure of a single electrode is intended are presented in more detail below.
Ein ringförmiges Trägerelement 11 bildet den Elektrodenkopf und schließt eine Membran 12 nach außen hin zylindermantelförmig ab. Der Elektrodenkopf 11 weist einen inneren Hohlraum 13 für die hindurchtretende Flüssigkeit auf, welcher der Membran 12 benachbart ist und somit eine abgeschlossene Kammer bildet. Diese Meßkammer steht durch eine Zu- und Abflußöffnung 14 bzw. 15 mit den entsprechenden Anschlüssen der geraden Verbindung des Durchflußsystems in Verbindung.An annular carrier element 11 forms the electrode head and closes a membrane 12 towards the outside in the shape of a cylinder jacket. The electrode head 11 has an inner cavity 13 for the liquid passing through, which the Diaphragm 12 is adjacent and thus forms a closed chamber. This measuring chamber stands through an inlet and outlet opening 14 and 15 with the corresponding connections the straight connection of the flow system in connection.
Auf diese Weise ist die Membran im Elektrodenkopf beim Auswechseln des Kopfteils bestens geschützt, da sie bei den dafür erforderlichen Handhabungen nicht von den Fingern der Bedienungsperson erreicht wird. Werkzeuge sind zum Auswechseln nicht erforderlich.In this way the membrane is in the electrode head when changing of the head part is optimally protected, as they are involved in the handling required for this cannot be reached by the operator's fingers. Tools are exchangeable not mandatory.
Die Membran wird in üblicher Weise - allerdings als separates Element ohne jegliche Kontaktierungs- und Ableitelemente in homogener Form als Scheibe - hergestellt. Die Membran kann dabei eine relativ große Dicke erhalten, welche ihre Gebrauchsdauer verlängert, da damit das Verhältnis von Membranvolumen zu aktiver Sensorfläche steigt. Bei einer Membrandicke von 0,3 mm läßt sich beispielsweise ein Verhältnis von 2,95 mm erreichen.The membrane is in the usual way - but as a separate element without any contacting and discharge elements in a homogeneous form as a disc - manufactured. The membrane can get a relatively large thickness, which their The service life is extended, as this increases the ratio of membrane volume to active Sensor area increases. With a membrane thickness of 0.3 mm, for example achieve a ratio of 2.95 mm.
Durch den dargestellten abgewinkelten Verlauf des Durchflußkanals durch den Elektrodenkopf läßt sich gleichzeitig die Dichtigkeit der Anschlüsse zum Grundkörper gewährleisten, da diese senkrecht zur Membran und zur Einbauricho tung der Elektrode verlaufen, so daß die den Elektrodenkopf in seiner Position fixierenden Kräfte eine Druckkraft auf die den Durchflußkanal umgebenden Dichtflächen 16 und 17 ausüben. Die Wirkung der Dichtflächen wird noch erhöht durch sie umgebende O-Ringe 19. Es ist dabei zu beachten, daß diese Dichtflächen die einzigen Abstützpunkte für die Elektroden auf dem Grundkörper bilden, so daß hier eine maximale Pressung entsteht.By the illustrated angled course of the flow channel the tightness of the connections to the Ensure the base body, as this is perpendicular to the membrane and to the installation direction of the electrode so that they fix the electrode head in its position Forces a compressive force on the sealing surfaces surrounding the flow channel 16 and 17 exercise. The effect of the sealing surfaces is increased by the surrounding area O-rings 19. It should be noted that these sealing surfaces are the only support points Form for the electrodes on the base body, so that here a maximum pressure arises.
Die Membran 12 wird bei der Montage einfach in den zylinderförmigen Elektrodenkopf 11 eingelegt, wobei sie sich auf einem umlaufenden ringförmigen Ansatz abstützt. Bei einem entsprechenden Anpreßdruck erfolgt auch die Abdichtung der Elektrodenanordnung gegen das Meßgut in diesem Bereich.The membrane 12 is simply in the cylindrical during assembly Electrode head 11 inserted, whereby it is on a circumferential ring-shaped approach supports. With a corresponding contact pressure, the electrode arrangement is also sealed against the material to be measured in this area.
Auf der Membran 12, welche sich auf einem im Inneren des Elektrodenkopfes umlaufenden ringförmigen Ansatz abstützt, liegt eine Ag-Scheibe 19 auf, deren der Membran zugewandte Fläche mit einer Chloridschicht versehen ist. Diese Teile bilden zusammen mit dem den Elektrodenkopf 12 darstellenden ringförmigen Träger eine auswechselbare Einheit, welche an ihrem Randbereich leicht manuell erfaßt, aus der dargestellten Position nach (in der Zeichnung) rechts abgezogen und durch ein entsprechendes Element ersetzt werden kann. Der Zugriff erfolgt dabei zweckmäßigerweise mit Daumen und Zeigefinger, welche in der Richtung senkrecht zur Zeichenebene ausreichend Platz finden.On the membrane 12, which is located on an inside of the electrode head supports circumferential annular projection, is an Ag disk 19, the The surface facing the membrane is provided with a chloride layer. These parts form together with the ring-shaped carrier representing the electrode head 12 an exchangeable one Unit, which is easily grasped manually at its edge area, from the one shown Subtracted position to the right (in the drawing) and replaced by a corresponding element can be replaced. Access is expediently done with the thumb and Index finger, which has sufficient space in the direction perpendicular to the plane of the drawing Find.
Das Ableitelement 19 aus Silber liegt mit seiner chlorierten Fläche auf der Membran 12 lose auf und wir mittels einer Schraubenfeder 40 im Randbereich angepreßt. Als Führung der Schraubenfeder dient eine Innenhülse 41 mit Kra- gen, an dem sich das andere Ende der Schraubenfeder abstützt. Von der Innenhülse wird die Kraft der Schraubenfeder 40 auf mit dem Elektrodenkopf (Trägerelement) 11 verbundene elastische Haken übergeleitet, welche zur Demontage ausrastbar sind.The discharge element 19 made of silver lies with its chlorinated surface loosely on the membrane 12 and we use a helical spring 40 in the edge area pressed on. An inner sleeve 41 with a force is used to guide the helical spring. gene, on which the other end of the coil spring is supported. From the inner sleeve the force of the coil spring 40 is connected to the electrode head (carrier element) 11 elastic hooks passed over, which can be disengaged for dismantling.
Auf den Elektrodenkopf aufgesteckt ist eine Kontaktierungseinheit 20, welche auf den Elektrodenkopf 12 nach Art eines Steckers aufgeschoben werden kann und über einen Kontakt 21, der in einer Bohrung geführt und unter der Kraft einer Druckfeder 22 steht, mit einer Koaxialbuchse 23 verbunden wird, mittels der die elektrische Verbindung zum elektronischen Teil des Geräts hergestellt wird. Das die Kappe bildende und die Kontaktelemente aufnehmende Element bildet ein Isolierstoffgehäuse, in das gegebenenfalls erforderliche Abschirmelemente gegen elektromagnetische Srörstrahlung eingelegt werden können.A contacting unit is attached to the electrode head 20, which are pushed onto the electrode head 12 like a plug can and via a contact 21, which is guided in a hole and under the force a compression spring 22 is connected to a coaxial socket 23 by means of the the electrical connection to the electronic part of the device is established. The element that forms the cap and the element that receives the contact elements forms an insulating material housing, in the possibly required shielding elements against electromagnetic interference can be inserted.
Die Bemessung ist derart gewählt, daß bei auf das Gehäuse 7 ausgeübter Druckkraft sich die Elektrodenkappe auf dem Elektrodenkörper abstützt.The dimensioning is chosen such that when exerted on the housing 7 Pressure force, the electrode cap is supported on the electrode body.
Die das Kontaktelement 21 führende Bohrung 23 hält im Bereich ihrer Vorderflächen jedoch einen gewissen Abstand von dem aus Silber bestehenden Ableitelement 19, so daß die Kontaktierung ausschließlich über die Druckfeder 22 erfolgt und die Kontaktkräfte somit innerhalb vorgegebener Grenzen kontrollierbar sind.The contact element 21 leading bore 23 holds in their area Front surfaces, however, a certain distance from the discharge element made of silver 19, so that the contact takes place exclusively via the compression spring 22 and the Contact forces can thus be controlled within specified limits.
Es ist ersichtlich, daß die Anzahl der beim Auswechseln mit der Elektrode zu entfernenden Teile minimal ist, so daß das betreffende Ersatzteil kostengünstig herstellbar ist. Dazu kommt, daß auch bei der Herstellung selbst Vorteile auftreten, welche aus der dargestellten Scheibenform der Membran resultieren, die ausschließlich durch auf den losen Membrankörper ausgeübte Kräfte fixiert wird. Auch die Silberplatte wird lediglich eingelegt, wobei im montierten Zustand die zur Kontaktierung notwendigen Kräfte sicher aufgebracht werden und ein betriebsstabiler Zustand erreicht wird.It can be seen that the number of when changing with the electrode parts to be removed is minimal, so that the relevant spare part Can be produced inexpensively. In addition, there are also advantages in the manufacture itself occur, which result from the illustrated disk shape of the membrane, the is fixed solely by forces exerted on the loose membrane body. The silver plate is simply inserted, with the forces necessary for contacting can be safely applied and an operationally stable one State is reached.
Mit der dargestellten Anordnung gemäß der Erfindung können die Elektroden äußerst dicht benachbart vorgesehen werden, so daß nur kurze Leitungswege erforderlich sind, wobei trotzdem die zum Auswechseln notwendigen Handhabungen ohne weiteres ausführbar sind und die Betätigungsteile sicher erreicht werden können.With the arrangement shown according to the invention, the electrodes be provided extremely close together, so that only short lines are required are, although the handling necessary for replacement is easy are feasible and the actuating parts can be reached safely.
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