DE2808339C2 - Elektrochemische Vorrichtung zum Aufspüren und/oder Überwachen einer Komponente in einem Fluid - Google Patents

Description

Die Vorrichtung bezieht sich auf eine elektrochemische Vorrichtung mit statischem Reagens zum Aufspüren und/oder Überwachen einer Komponente eiaes Fluids, mit zwei oder mehr Elektroden, die mit einem Reagens in Kontakt stehen, das chemisch mit der aufzuspürenden und/oder zu überwachenden Fluidkomponente reagiert, so daß ein elektrischer Strom zwischen den Elektroden fließen kann.

Solche Vorrichtungen sind beispielsweise aus Proceedings of the Royal Society, Series A, Band 256,1960, S. 470—501 bekannt. Sie werden in der Industrie häufig dazu verwendet, rasch und genau die Anwesenheit und die Konzentration einer Komponente in einem Fluid, insbesondere Gasen, aufzuspüren bzw. zu überwachen. Insbesondere gilt dies für giftige Stoffe, wie z. B. Chlor, Brom, Stickoxide, Chlordioxid und Ozon, in einzuatmender Luft oder in Prozeßgasströmen.

Bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art reagiert die aufzuspürende bzw. zu überwachende Substanz chemisch mit einem Reagens, das mit Elektroden in Kontakt steht, an welche eine niedrige Spannung angelegt ist. Als Ergebnis der Änderung der Zusammensetzung des Reagenses auf Grund der chemischen Reaktion entsteht ein elektrischer Strom zwischen den Elektroden.

Bei den bekannten Vorrichtungen der eingangs näher beschriebenen Art besteht das Reagens üblicherweise aus einer Lösung, meistens einer wäßrigen Lösung.

Wenn nun eine solche Vorrichtung längere Zeit Gasströmen ausgesetzt wird, dann verdämpft das Lösungsmittel und trocknet die Vorrichtung aus.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß sie nicht mehr austrocknet

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst daß das Reagens aus einer wäßrigen Lösung einer zerfließlichen Substanz besteht Unter dem Ausdruck »zerfließliche Substanz« ist ein Stoff zu verstehen, der so hygroskopisch ist daß er durch das aus der Atmosphäre aufgenommene Wasser nicht nur feucht wird, sondern regelrecht zerfließt

Die erfindungsgemäße Vorrichtung besitzt den Vorteil, daß die Wasserabgabe aus dem Elektrolyten an die Umgebung in dem Moment gestoppt wird, indem eine Ausscheidung der zerfließlichen Substanz als Feststoff eintritt Ein weiterer Elektrolytverlust wird nämlich durch die Absorption von Wasser aus der Atmosphäre durch die zerfließliche Substanz ersetzt Die erfindungsgemäße Vorrichtung sorgt also selbsttätig dafür, daß sie nicht durch Eiektroiytabgabe an den zu überwachenden Fluidstrom austrocknet In der Praxis hat sich gezeigt, daß eine erfindungsgemäße Vorrichtung über Jahre hin aus verwendet werden kann, ohne daß der Elektrolyt jemals ergänzt oder ausgetauscht werden müßte.

Bei der Verwertdung der Vorrichtung, welche zweckmäßig die Form einer Sonde aufweist, wird eine niedrige Spannung an die Elektroden angelegt Eine Änderung der Zusammensetzung des Reagenses, die sich aus dessen Reaktion mit der aufzuspürenden bzw. zu überwachenden Fluidkomponente ergibt verursacht einen meßbaren elektrischen Strom zwischen den Elektroden. Die Größe dieses elektrischen Stroms steht in direktem Verhältnis zur Menge der mit dem Reagens umgesetzten Fluidkomponente und ergibt somit ein Anzeichen der Konzentration dieser Komponente im Fluid.

Die erfirdungsgemäß elektrochemische Vorrichtung kann die Form aufweisen, wie sie bisher für die bekann ten Vorrichtungen üblich war. Beispielsweise kann sie eine Zelle besitzen, welche das Reagens enthält, in das die Elektroden vollständig oder teilweise eintauchen, wobei das zu analysierende Fluid über die Oberfläche des Reagenses geführt wird. Jedoch besitzt die Vorrich tung vorzugsweise die Form einer Sonde mit Drahtelek troden, die außen und im Abstand voneinander rund um ein absorbierendes Teil, z. B. Filterpapier, das mit dem Reagens gesättigt ist, gewickelt sind. Solche Sonden können einfach ir.das zu analysierende Fluid eingehängt

so werden und bieten den Vorteil, daß jegliches durch das zerfließliche Reagens gesammelte zusätzliche Wasser, wenn das zerfließliche Reagens mit einem einen hohen Feuchtigkeitsanteil enthaltenden gasförmigen Fluid in Berührung kommt, ohne wesentliche Beeinflussung des Ansprechens oder der Genauigkeit der Sonde verkraftet werden kann. Eine äußere kontinuierliche Zufuhr von Reagens ist nicht erforderlich.

Durch eine geeignete Auswahl eines Reagenses, welches mit der aufzuspürenden bzw. zu überwachenden Fluidkomponente chemisch reagiert, kann die elektrochemische Vorrichtung zum Aufspüren bzw. Überwachen einer großen Reihe von Fluidkomponenten eingerichtet werden. Beispielsweise kann durch eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vor- richtung Chlor in Gasen aufgespürt und überwacht werden, wobei in der Vorrichtung das Reagens aus einer wäßrigen Lösung eines zerfließlichen Halogenidsalzes, wie z. B. Calciumbromid, besteht.

Da eine besonders nützliche Reaktion eine solche ist, bei der ein Halogen, insbesondere Brom oder Jod, in Freiheit gesetzt wird, wird es bevorzugt, zerfließliche Halogenidsalze als Reagens zu verwenden. Beispiele für geeignete Reagentien sind die zerfließlichen Bromide und Jodide von Calcium, Lithium und Magnesium.

Oxidierende Gase, wie z. B. Chlor, Brom, Chlordioxid, Ozon und Stickoxide, wie Stickstoffdioxid, können mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung aufgespürt bzw. überwacht werden. Es wurde beispielsweise gefunden, daß Calciumbromid das bevorzugte Reagens zum Aufspüren bzw. Überwachen von Chlor ist und daß Lithiumiodid zum Aufspüren bzw. Oberwachen von Stickoxiden bevorzugt wird.

Die Elektroden können aus jedem leitenden Material hergestellt werden, das unter den Reaktionsbedingungen chemisch inert ist, d. h, daß es gegenüber dem Reagens, dem aufzuspürenden bzw. zu überwacheriden Gas und den durch die Reaktion gebildeten Verbindungen inert ist Platin ist das bevorzugte Material für die Elektroden, obwohl auch andere Materialien, wie z. B. Platin/Rhodium-Legieningen, gegebenenfalls verwendet werden können.

Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird nun anhand der Zeichnungen näher erläutert In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 eine geschnittene Seitenansicht einer Sonde zum Aufspüren und Oberwachen von Chlor in einem Gasstrom; und

F i g. 2 die Sonde von F i g. 1 in einem Wetterschutz für die Verwendung im Freien.

Gemäß den Zeichnungen besitzt die Sonde Platindrahtelektroden 1 und 2, die getrennt, aber dicht aneinander in ein absorbierendes Faserrohr 3 gewickelt sind, welches mit einer wäßrigen Calciumbromidfösung gesättigt ist Das Rohr ist zwischen einem zylindrischen Sondenkopf 4 aus Polyvinylchlorid und einem absorbierenden Rohr 5 mit Hilfe einer Gewindestange 6 aus rostfreiem Stahl und einer Kiemmutter 7 aus Polyvinylchlorid eingeklemmt Die freien Enden der Drahtelektroden 1 und 2 gehen durch Löcher 8 und 9 im Sondenkopf 4 hindurch und führen zu Anschlüssen 10 und 11 auf dem Sondenkopf 4, zum Anschluß der Elektrode an eine Spannungsquelle, und zwar über eine geeignete elektrische Schaltung (nicht gezeigt), die ein Meßinstrument, wie z. B. einen Amperemeter, aufweist Eine dichtsitzende Hülse 12, wie z. B. ein GumnJrohr, umgibt das absorbierende Rohr 5 und das Ende des absorbierenden Rohrs 3, wie dies dargestellt ist, so daß ein Reservoir 13 in der Unterseite der Sonde gebildet wird, worin der Reagensüberschuß, der nicht durch die Rohre 3 und 5 aufgenommen wird, gesammelt wird. Ringförmige Einsätze 14 und 15 in der Sonde ergeben Befestigungspunkte für die Drahtelektroden 1 und 2, verstärken die Rohrenden 3 und 5 und schützen die Stoßverbindung zwisehen den Rohren 3 und 5.

Bei der Verwendung der Sonde werden die absorbierenden Rohre 3 und 5 mit einer wäßrigen Lösung von beispielsweise Calciumbromid gesättigt und eine niedrige Spannung von beispielsweise 0,6 V wird an die Elektrodenanschlüsse 10 und 11 angelegt. Die Sonde wird in den zu analysierenden Gasstrom eingeführt. Ein gegebenenfalls anwesendes Chlor in dem Gas reagiert mit dem Calciumbromid, wodurch ein elektrischer Strom zwischen den Elektroden 1 und 2 durch eine entsprechende elektrische Schaltung fließt, wobei der Strom direkt mit der Konzentration des Chlors im Gasstrom in Gemäß F i g. 2 ist die Sonde mit einem Wetterschutz 16 für die Befestigung im Freien versehen. Der Wetterschutz 16 ist an einem Wetterschutzkopf 17 mit Hilfe von Schrauben 18 befestigt Ein Deckel 19 und eine Dichtung 20 dichten den Wetterschutzkopf 17 gegen den Eintritt von Wasser aus der Atmosphäre ab. Der Wetterschutz 16 ist mit öffnungen 21 versehen, weiche die Zirkulation der Luft innerhalb des Wetterschutzes 16 um die Sonde verbessern. Die Anschlüsse 10 und 11 auf dem Sondenkopf sind durch ein Signalkabel 22 über eine Stopfbüchse 23 mit einem Anschlußkasten 24 zum Zwecke des Anschlusses mit einer Meßschaltung (nicht gezeigt) verbunden. Ein Halter 25 ist vorgesehen, mit welchem die geschützte Sonde an einem geeigneten Behälter an irgendeiner gewünschten Stelle befestigt werden kann.

Bei der Verwendung der Sonde zum Aufspüren bzw. Überwachen einer Komponente eines Gasstroms, wie z. B. Luft, wird die Sonde einfach in den Gasstrom eingeführt, worauf eine niedrige Spannung an den Elektroden 1 und 2 angelegt wird. Wenn der Feuchtigkeitsgehalt des Gasstroms niedrig ist oder währeiid des Gebrauchs der Sonde absinkt, dann wird Feuchtigkeit aus den freiliegenden Oberflächen des absorbierenden Rohrs 3 verdampfen. Um diesen Feuchtigkeitsverlust zu ers^tzea wird Reagens durch Kapillarwirkung vom absorbierenden Rohr 5, welches in das Reservoir 13 eintaucht, zum absorbierenden Rohr 3 überführt Wenn umgekehrt der Feuchtigkeitsgehalt des Gasstromes hoch ist oder während der Verwendung der Sonde zunimmt, dann wird Feuchtigkeit durch das zerfließliche Reagens auf der freien Oberfläche des Rohrs 3 absorbiert, wobei jegliche überschüssige Feuchtigkeit in das Rohr 5 und das Reservoir 13 fließt.

Es ist leicht einzusehen, daß durch eine geeignete Auswahl von Reagens und Elektroden die in der Zeichnung dargestellte Sonde zum Aufspüren und Überwachen der verschiedensten gasförmigen Komponenten, wie z. B. Chlordioxid, Ozon und Stickoxide, in Gasen angepaßt werden kann. Außerdem ist es leicht einzusehen, daß der Signalstrom, der durch die Sonde erzeugt wird, für die verschiedensten Zwecke verwendet werden kann. Beispielsweise kann er zum Auslösen eines sichtbaren und/oder hörbaren Alarms verwendet werden, wenn eine bestimmte Konzentration der überwachten Komponente erreicht oder überschritten wird. Außerdem kann er in ein Aufzeichnungssystem, wie z. B. einen Schreiber, eingegeben werden, so daß eine sichtbare Aufzeichnung der Änderungen in der Konzentration der Komponente mit der Zeit erhalten wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Elektrochemische Vorrichtung mit statischem Reagens zum Aufspüren und/oder Oberwachen einer Komponente eines Fluids, mit zwei oder mehr Elektroden, die mit einem Reagens in Kontakt stehen, das chemisch mit der aufzuspürenden und/oder zu überwachenden Fluidkomponente reagiert, so daß ein elektrischer Strom zwischen den Elektroden fließen kann, dadurch gekennzeichnet, daß das Reagens aus einer wäßrigen Lösung einer zerfließlichen Substanz besteht

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Reagens aus einer wäßrigen Calciumbromidlösung oder einer wäßrigen Lithiumjodidlösung besteht

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung die Form einer Sonde aufweist, welche Drahtelektroden besitzt, die außen end im Abstand voneinander um ein mit dem Reagens gesättigtes absorbierendes Teil gewickelt sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das absorbierende Teil, um welches die Elektroden gewickelt sind, aus einem Faserrohr besteht

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 odfer 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Reservoir des Reagenses vorgesehen ist, das mit dem absorbierenden Teil in Verbindung steht, um welches die Elektroden gewikkelt sind.

6. Vorrichtung iy?.ch eirem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Anschlüsse zum Anschluß der Vorr-shtung an ein Meß-, Alarm- oder Aufzeichnungssystem vorgesehen sind.