DE2605149C3 - Flüssigkeitsverbindung, insbesondere für Bezugselektroden - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeitsverbindung, insbesondere für Bezugselektroden, bestehend aus einem porösen, hydrophoben Kunststoffmaterial, das mit einer hydrophilen Schicht versehen ist. Diese Flüssigkeitsverbindung ist beispielsweise mit Vorteil in einer Kombinations-pH-Elektrode anwendbar, wie sie in der Patentanmeldung P 25 44 360.1 -52 der Anmelderin beschrieben ist.

Die Messung der Ionenkonzentration einer Lösung, wie es beispielsweise die Messung des pH-Wertes durch das Elektrodenpotentialverfahren ist, wird allgemein durch Eintauchen einer Glaselektrode und einer Bezugselektrode in die Lösung durchgeführt, wobei die erwünschten Bedingungen folgende sind:

(1) Die Flüssigkeits-Flüssigkeits-Potentialdifferenz zwischen der Flüssigkeitsverbindung und der Lösung J5 sollte so klein wie möglich sein, und

(2) gleichzeitig sollte die Leckströmung einer internen Flüssigkeit der Flüssigkeitsverbindung auch so vernachlässigbar wie möglich sein.

Es ist allgemein richtig, daß eine Flüssigkeitsverbindung, die aus bekanntem Polytetrafluorethylen oder anderem hydrophobem Kunststoffmaterial hergestellt ist, im Hinblick auf die Kleinheit der Leckströmung, die sich aufgrund ihrer hydrophoben oder wasserabweisenden Eigenschaft ergibt, von Vorteil ist. Jedoch ist eine solche Flüssigkeitsverbindung andererseits insofern von Nachteil, als sie eine große Potentialdifferenz an der Grenzfläche zwischen der Flüssigkeitsverbindung und der zu messenden Lösung besitzt. Um diesen Nachteil zu überwinden, wurden die folgenden Maßnahmen >o eingeführt:

(a) Irgendein Elektrolyt, wie z. B. Kaliumchlorid etc., wird im festen Zustand oder im gelösten Zustand Polytetrafluorethylen oder anderem hydrophobem Kunststoffmaterial zugemischt, oder diese Kunststoff- « materialien werden mit dem Elektrolyten stark imprägniert, und darüber hinaus werden diese Materialien, wenn es erforderlich ist, zur Erhöhung der hydrophilen Eigenschaften mit Glasmehl etc. gemischt. Ein Beispiel für diese Maßnahme ist die eingangs genannte to Flüssigkeitsverbindung, die in der US-PS 34 66 238 beschrieben ist und aus Polytetrafluoräthylen besteht, das mit Kaliumsulfatlösung imprägniert und somit auf seiner gesamten inneren und äußeren Oberfläche hydrophil gemacht ist. w\

(b) Polytetrafluoräthylen oder anderes hydrophobes Material wird chemisch so behandelt, daß es eine hydrophile Funktionsgruppe ergibt.

Durch diese Maßnahmen ist es sicher möglich, die Flüssigkeits-Flüssigkeits-Potentialdifferenz an der Grenzfläche zwischen der Flüssigkeitsverbindung und der Lösung herabzusetzen. Jedoch kann man andererseits den Nachteil, daß die Leckströmung größer wird, nicht vermeiden, weil die Flüssigkeitsverbindung in diesem Falle vollständig mit einem modifizierten Kunststoffmaterial aufgebaut ist, das eine hydrophile Eigenschaft hat und bereits seine ursprüngliche hydrophobe oder wasserabweisende Eigenschaft, die zur Minimalisierung der Leckströmung der internen Flüssigkeit der Flüssigkeitsverbindung nützlich ist, verloren hat

Aufgabe der Erfindung ist es, ausgehend von einer Flüssigkeitsverbindung der eingangs genannten Art, wie sie in der erwähnten US-PS 34 66 238 beschrieben ist, eine Flüssigkeitsverbindung zu schaffen, welche eine vernachlässigbare Leckströmung der internen Flüssigkeit der Flüssigkeitsverbindung hat, also die beiden Vorteile einer kleinen FIüssigkeits-Flüssigkeits-Potentialdifferenz und einer vernachlässigbaren Leckströmung miteinander in sich vereinigt

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die hydrophile Schicht nur in den an die zu verbindenden Flüssigkeiten angrenzenden Oberflächenbereichen ausgebildet ist

Auf diese Weise wird erreicht, daß das hydrophobe Kunststoffmrterial in seinem weitaus größten Anteil hydrophob bleibt, d. h. die Fähigkeit hat, eine Leckströmung so klein wie möglich zu halten, während es lediglich an den Stellen, an denen es auf eine geringe Potentialdifferenz ankommt, hydrophil gemacht ist.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung besteht die hydrophile Schicht im wesentlichen aus einem Kohlenstoffgerüst bzw. -skelett des im übrigen Teil der Flüssigkeitsverbindung befindlichen Kunststoffmaterials.

Das Kunststoffmaterial für die Flüssigkeitsverbindung ist z. B. Polymer von Polytetrafluoräthylen etc.

Die Erfindung wird nachstehend anhand einiger, besonders bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die F i g. 1 bis 6 der Zeichnung näher erläutert, es zeigen

Fig. 1 und 2 jeweils einen Vertikalschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel,

Fig.3 einen Vertikalschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel,

F i g. 4 einen Vertikalschnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel,

F i g. 5 eine Aufsicht auf das Ausführungsbeispiel nach F i g. 4 und

F i g. 6 eine perspektivische Ansicht des Ausführungsbeispiels nach F i g. 4.

In den F i g. 1 und 2 bedeutet 1 eine Bezugselektrode, wie sie beispielsweise für die Bestimmung des pH-Werts einer Lösung benutzt wird, wobei in F i g. 2 nur ein Teil dieser Bezugselektrode in gegenüber F i g. 1 vergrößertem Maßstab dargestellt ist. Im einzelnen ist 2 ein Trägerrohr für die Bezugselektrode, 3 ist eine interne Elektrode, wie beispielsweise eine Silberchlorid-Elektrode oder eine Calomel-Elektrode, 4 ist eine interne Flüssigkeit, wie beispielsweise gesättigte Kaliumchloridlösung etc., und 5 ist eine Flüssigkeitsverbindung nach der Erfindung, die aus einem hydrophoben Kunststoffmaterial, wie z. B. Polymer von Tetrafluoräthylen, Polyäthylen, Polypropylen oder Polyvinylchlorid etc., besteht, wobei nur im Oberflächenbereich der Flüssigkeitsverbindung eine hydrophile Schicht A ausgebildet

ist. Die Ausbildung der hydrophilen Schicht A kann, wenn Polytetrafluorethylen als Material verwendet .vird, wie folgt durchgeführt bzw. verstanden werden. Wenn die Oberfläche der Flüssigkeitsverbindung, die aus Polytetrafluoräthylen besteht, mit metallischem Natrium behandelt wird, dann werden .-J^:e C-F-Verbindungen in den Polytetrafluoräthylen-Molekülen, deren chemische Struktur

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ist, an der Oberfläche der Flüssigkeitsverbindung aufgebrochen bzw. -gespalten, und eine Schicht, die hauptsächlich aus Kohlenstoffgerüst besteht, wird an der Oberfläche erzeugt Hier ist auf diese Weise eine hydrophile Schicht A ausgebildet worden, da die Schicht, die nur aus Kohlenstoffgerüst besteht, eine hydrophile Eigenschaft hat

Beispielsweise besteht ein praktisches Durchführungsbeispiel einer solchen Oberflächenbehandlung darin, daß man das Material für die Flüssigkeitsverbindung, das z. B. aus Polytetrafluoräthylen besteht bzw. dieses enthält, in ein organisches Lösungsmittel taucht, das hauptsächlich metallisches Natrium enthaltendes Naphthalin enthält

Als nächstes sei auf F i g. 3 Bezug genommen, in der ein zweites Ausfühmngsbeispiei dargestellt ist, und zwa~ ist eine Flüssigkeitsverbindung 11 um die Seitenwand einer Bezugselektrode 12 herum vorgesehen, und nicht am Boden der Bezugselektrode. In der F i g. 3 bedeutet 13 eine interne Elektrode, 14 ist eine interne Flüssigkeit und 15 ist ein Trägerrohr.

Im einzelnen kann die Flüssigkeitsverbindung 11 chemisch genauso ausgebildet sein, wie die Flüssigkeitsverbindung 5 in den Fig. 1 und 2, während sie baulich einen Teil der Seitenwand des Trägerrohrs 15 darstellt.

Schließlich sei auf die F i g. 4 bis 6 Bezug genommen, in denen ein drittes Ausführungsbeisniel dargestellt ist, und zwar eine sog. Kombinations-pH-Elektrode, die eine Bezugselektrode 118 und eine Glaselektrode 105 aufweist, welche zusammen in einem Körper kombiniert sind.

Bevor im einzelnen auf dieses Ausführungsbeispiel näher eingegangen wird, sei darauf hingewiesen, daß diese Kombinations-pH-Elektrode als solche, in der Patentanmeldung P 25 44 360.1-52 der Anmelderin näher erläutert ist, und zwar unter Bezugnahme auf die dortigen Fig. 1, 2 und 4, welche den vorliegenden F i g. 4, 5 und 6 entsprechen, wobei die Bezugszeichen lediglich durch Davorsetzen einer 10 vor jedes einziffrige Bezugszeichen und einer 1 vor jedes zweiziffrige Bezugszeichen abgewandelt worden sind.

Im einzelnen ist in den F i g. 4,5 und 6 der Zeichnung mit 101 ein mittiger Körper von im wesentlichen zylindrischer Form bezeichnet, während 102 ein Kontaktstift ist, der leicht in das Innere des zentralen Körpers 101 eingefügt werden kann, und der auch leicht aus dem Inneren des mittigen Körpers 101 herausgenommen werden kann; dieser Kontaktstift wird durch einen Leitungsdraht 103 und einen Leitungs- bzw. Anschlußstift 104 mit einem nicht dargestellten Detektor, beispielsweise einem Voltmeter bzw. einem Spannungsmesser, verbunden. Mit 105 ist eine Glaselektrode bezeichnet, welche eine notwendige, jedoch minimale Anzahl von Teilen hat, wie einen mit einem hervortretenden bzw. ierausragenden Leitungs- bzw. Anschlußstift 106 versehenen Kappenteil 107, eine Glasmembran 108, einen inneren Leitungsdraht 109, eine innere Elektrode 110 und eine innere Lösung 111 (beispielsweise eine gesättigte wäßrige Lösung aus Kaliumchlorid). Die Glaselektrode 105 ist so aufgebaut, daß sie vom Boden des zentralen Körpers 101 aus leicht in das Innere des letzteren eingefügt werden kann und natürlich, sofern erforderlich, auch leicht in entsprechender Weise aus dem zentralen Körper 101 herausgenommen werden kann, so daß beim Einfügen der Glaselektrode 105 in den zentralen Körper 101 ein inniger Kontakt des Leitungs- bzw. Kontaktstiftes 106 mit einem konkaven Teil 112 des Kontaktsliftes 102 hergestellt wird, indem der Leitungs- bzw. Kontaktstift 106 in den konkaven Teil 112 eingefügt wird. Mit 113 ist eine Dichtung bzw. eine Dichtpackung bezeichnet, die mit einem hydrophoben Material, wie beispielsweise Polytetrafluoräthylen-Harz bzw. Poiytetrafluoräthylen, beschichtet ist, und die leicht in den Zwischenraum zwischen der Glaselektrode 105 und dem zentralen Körper 101 eingefügt werden kann, um den Eintritt einer Probenlösung in das Innere des zentralen Körpers 101 zu verhindern; und diese Dichtung bzw. Dichtungspackung kann natürlich auch leicht herausgenommen werden. Das Bezugszeichen 114 ist einer Schutzkappe aus Plastik- bzw. Kunststoffmaterial zum Schutz der Glaselektrode 105 zugeordnet, und diese Schutzkappe 114 wird an bzw. über der Außenseite der Glaselektrode 105 angebracht, indem ein Schraubengewinde 115 in der Innenseite der Kappe 114 und ein Schraubengewinde 116 am unteren Ende des zentralen Körpers 101 dazu benutzt wird; und natürlich kann die Schutzkappe 114 leicht ausgebaut oder herausgenommen bzw. -geschraubt werden. Die Glaselektrode 105 ist in der Kombinations-Elektrode durch den zentralen Körper 101, die Dichtung bzw. Dichtungspackung 113 und die Kappe 114 befestigt bzw. wird durch die erwähnten Teile ortsfest in der Kombinations-Elektrode gehalten. Mit 117 ist eine Seitenwand bezeichnet die mit bzw. aus einem festen und hydrophoben Kunststoffmaterial, wie beispielsweise Polytetrafluoräthylen, hergestellt ist Die Seitenwand 117 bildet eine Flüssigkeitsverbindung einer Bezugselektrode 118, und nur in der Oberfläche der Seitenwand 117 ist die hydrophile Schicht A ausgebildet (siehe insbesondere die F i g. 4 und 6, in denen die Lage der Schicht durch Bezugszeichen angedeutet ist).

Weiterhin ist die Seitenwand 117 mittels eines daran vorgesehenen Innengewindes 119 und mittels eines am zentralen Körper 101 befindlichen Außengewindes 121 am zentralen Körper 101 angebracht bzw. auf diesen aufgeschraubt, und natürlich kann die Seitenwand 117 leicht angebracht oder abgeschraubt bzw. abgenommen werden. Mit 123 ist eine interne Lösung (z. B. eine gesättigte wäßrige Lösung aus Kaliumchlorid) der Bezugselektrode 118 bezeichnet, während 124 eine interne bzw. innere Elektrode ist, wobei die innere bzw. interne Elektrode 124 durch einen Leitungsdraht 125 mit einem Leitungs- bzw. Kontaktstift 126 verbunden ist. 127 ist ein zweiter Körper, der unter Benutzung eines daran vorgesehenen Außengewindes 128 und eines auf der inneren Wand des oberen Teils der Seitenwand 117 vorgesehenen Innengewindes 129 leicht angebracht bzw. aufgeschraubt oder abgenommen bzw. abgeschraubt werden kann. 130 isi ein Thermistor oder ein sonstiger geeigneter Temperaturfühler der in dem zweiten Körper 127 vorgesehen ist und zur Kalibrie-

rung der Temperatur benutzt wird. 131 ist ein Leitungsbzw. Kontaktstift, der mit dem Thermistor bzw. dem Temperaturfühler 130 verbunden ist, während 132 ein Leitungs- bzw. Kontaktstift zur Verbindung mit Masse und 133 eine metallische Kappe ist, die an der Seitenwand 117 und an dem zweiten Körper 127 leicht angebracht sowie natürlich auch leicht davon abgenommen werden kann, wozu ein auf der Innenwand der Kappe 133 vorgesehenes Innengewinde 134 und ein damit zusammenwirkendes, auf der äußeren Wand der Seitenwand 117 vorgesehenes Außengewinde 135 sowie ein ebenfalls mit dem Innengewinde 134 zusammenwirkendes Außengewinde 136 auf der äußeren Wand des zweiten Körpers 127 dient. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß zum zusätzlichen Zuführen von interner Lösung 123 die meiaiiische Kappe i33 und der zweite Körper 127 einmal abgenommen werden. Wie die F i g. 4 zeigt, wird die Kombinationselektrode in einer solchen Weise geschützt, daß deren oberer Teil durch die metallische Kappe 133, deren mittlerer Teil durch die Seitenwand 117 und deren unterer Teil durch die Schutzkappe 114 jeweils geschützt werden. Darüber hinaus ist in den Figuren der Zeichnung mit 137 ein Stiftgehäuse bzw. ein Stiftaufnahme- bzw. -halterungsteil bezeichnet, während die Teile 138,139,140 und 141 als O-Ringe ausgebildet sind.

Die Flüssigkeitsverbindung, die man nach clei vorliegenden Erfindung erhält, ist in der obigen Weis* aufgebaut, d. h. da die Oberfläche der Flüssigkeitsver

^ri bindung eine genügende hydrophile Eigenschaft hat, is die Flüssigkeits-Flüssigkeils-Potenlialdifferenz an dei Grenzfläche zwischen der Oberfläche der Flüssigkeits verbindung und einer der Messung unterworfener Lösung sehr stark herabgesetzt und stabilisiert, unc

in darüber hinaus kann die Leckströmung der inneren bzw internen Flüssigkeit sehr gering gehalten werden, wei das Vorhandensein der hydrophilen Eigenschaft nur au; den Oberflächenbereich der Flüssigkeitsverbindunj begrenzt ist und die hydrophobe Eigenschaft im innerer Teil der Flüssigkeit unverändert beibehalten ist. Durch die produktive bzw. funktionell fördernde Wirkung dei beiden charakteristischen Eigenschaften wird es mög lieh, die Ionenkonzentration mit einer hervorragender Genauigkeit zu bestimmen, welche viel höher ist ah

jo diejenige, die durch Verwendung irgendwelcher konventioneller Flüssigkeitsverbindungen erzielbar ist.

Unter einer »Flüssigkeitsverbindung« im Sinne dei vorliegenden Erfindung ist insbesondere auch ein« Flüssigkeitsverbindungsstelle, -kontaktstelle, -vereinigungsstelle, -anschlußstelle zu verstehen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Flüssigkeitsverbindung, insbesondere für Bezugselektroden, bestehend aus einem porösen, hydrophoben Kunststoffmaterial, das mit einer hydrophilen Schicht versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die hydrophile Schicht (A) nur in den an die zu verbindenden Flüssigkeiten angrenzenden Oberflächenbereichen ausgebildet ist

2. Flüssigkeitsverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hydrophile Schicht (A) im wesentlichen aus einem Kohlenstoffgerüst bzw. -skelett des im übrigen Teil der Flüssigkeitsverbindung befindlichen Kunststoffmaterials besteht

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