Celda electroquímica y celda de referencia con unión por líquido fluente.

Una celda electroquímica, que comprende:

un electrodo de medida (12) dispuesto para estar en contacto con una muestra (18);

un electrodo de referencia (14) dispuesto para estar en contacto con la muestra, teniendo el electrodo de referencia un fluido de relleno (24) en su interior y teniendo una unión por líquido fluente que acopla fluidamente el fluido de relleno a la muestra; y una caperuza (126) que tiene un ánima que forma una primera abertura (130) próxima al interior del electrodo de referencia, una segunda abertura (134) próxima a la muestra, y un conducto de paso entre la primera y segunda aberturas; en donde todas las secciones transversales del conducto de paso tienen un diámetro que es mayor que un diámetro de la primera abertura; de tal modo que la unión por líquido fluente está comprendida al menos parcialmente por el conducto de paso y está configurada para impedir el bloqueo a su través.

Celda electroquímica y celda de referencia con unión por líquido fluente

Fundamento de la invención Las celdas electroquímicas forman la base de una variedad de sensores analíticos. Las celdas electroquímicas tienen generalmente dos o más electrodos de la celda y están acoplados a un dispositivo analizador que mide una característica eléctrica de la celda para deducir una propiedad de una muestra dentro de la celda, o acoplada de otro modo a la celda. Muchas celdas electroquímicas incluyen un electrodo de medida y un electrodo de referencia. El electrodo de referencia incluirá generalmente una cámara que aloja una solución de relleno del electrodo de referencia. Una unión, de alguna clase, permite la interacción electroquímica entre una solución de muestra y una solución de relleno. Las celdas electroquímicas se pueden usar para sensores de potencial de oxidación/reducción (abreviadamente ORP por la expresión inglesa oxidation/reduction potential) , sensores de pH y otros sensores adecuados.

Un tipo de unión usada con los electrodos de referencia de celdas electroquímicas es conocida como una unión por líquido. Una unión por líquido usa un conducto de paso relativamente pequeño que está en comunicación fluida tanto con la solución de muestra como con la solución de relleno de referencia. Para conseguir un potencial estable en la unión por líquido, se prefiere generalmente que al menos sea inducido algo del flujo de la solución de relleno a través del conducto de paso a entrar en la solución de muestra. Con una unión por líquido "fluente", la solución de relleno del electrodo de referencia fluye constantemente a través de la unión por líquido entrando en la solución de muestra. Sin embargo, para que la unión por líquido fluente funcione adecuadamente, la solución de relleno debe estar libre para fluir a través del (de los) poro (s) de la unión para superar la difusión de cationes y aniones de la solución de relleno. Si el conducto de paso llega a estar bloqueado, los iones de la solución de relleno se difundirán diferentemente. La resistencia eléctrica de la unión aumentará. Esto puede causar que las lecturas electroquímicas sean alteradas y lleguen a estar provistas de ruidos. El ensuciamiento acusado puede algunas veces bloquear completamente la unión por líquido, interrumpiendo la conexión eléctrica entre el electrodo y la muestra, y haciendo que el electrodo sea inutilizable. La obturación puede ser debida a varias fuentes, que incluyen: sólidos en suspensión en una muestra o sólidos que resultan de una reacción química que implica a la solución de relleno. Las uniones obturadas son difíciles de limpiar.

Por tanto, se hace necesario proporcionar celdas electroquímicas con la ventaja de longevidad de las uniones por líquidos, pero sin que dichas celdas sean susceptibles de ensuciamiento inducido por obstrucciones dentro de la unión por líquido. Dicha celda electroquímica disfrutaría de las ventajas de longevidad, potencial de referencia estable y requisitos de mantenimiento relativamente bajos.

Sumario de la invención Una celda electroquímica incluye un electrodo de medida y un electrodo de referencia. El electrodo de referencia incluye una unión por líquido fluente entre un líquido de relleno de referencia y una muestra. La unión por líquido fluente está configurada para inhibir que sea bloqueada u obstruida por partículas. La unión por líquido fluente tiene un diámetro que generalmente aumenta desde una abertura próxima al fluido de relleno hasta una abertura próxima a la muestra. Un ejemplo de dicha configuración es una unión por líquido fluente de forma troncocónica.

Breve descripción de los dibujos La FIG. 1 es una vista esquemática de un medio ambiente de una celda electroquímica con el cual las realizaciones de la presente invención son particularmente útiles.

La FIG. 2 es una vista esquemática de una unión por líquido fluente de un electrodo de referencia de una celda electroquímica de acuerdo con la técnica anterior.

La FIG. 3 es una vista esquemática de la unión ilustrada en la FIG. 2 que ilustra además una obstrucción del conducto de paso al flujo.

La FIG. 4 es una vista esquemática de una unión por líquido fluente de un electrodo de referencia de una celda electroquímica de acuerdo con un ejemplo comparativo.

La FIG. 5 es una vista esquemática de una unión por líquido fluente de un electrodo de referencia de un una celda electroquímica de acuerdo con otro ejemplo comparativo.

La FIG. 6 es una vista esquemática de una unión por líquido fluente de un electrodo de referencia de una celda electroquímica de acuerdo con otra realización de la presente invención.

La FIG. 7 es una vista esquemática de una unión por líquido fluente de un electrodo de referencia de una celda electroquímica de acuerdo con incluso otra realización de la presente invención.

La FIG. 8 es una vista esquemática de una unión por líquido fluente de un electrodo de referencia de una celda electroquímica de acuerdo con incluso otra realización de la presente invención.

Descripción detallada de las realizaciones ilustrativas La FIG. 1 es una vista esquemática de una celda electroquímica que se usa para analizar el pH. Los expertos en la técnica reconocerán que las realizaciones de la presente invención pueden ser llevadas a la práctica con diversos tipos de análisis químicos y las realizaciones de la presente invención no están ciertamente limitadas a la aplicación del dispositivo analizador del pH ilustrado en la FIG. 1. El dispositivo medidor 10 está acoplado al electrodo de medida 12, al electrodo de trabajo 14 y al sensor de temperatura 16. Cada uno del electrodo de medida 12, el electrodo de referencia 14 y el sensor de temperatura 16 están dispuestos dentro de la muestra 18. En la mayoría de las aplicaciones, el pH se determina simplemente midiendo el voltaje de la celda electroquímica 20. El voltaje de la celda 20 es en general directamente proporcional al pH del líquido de muestra 18. El dispositivo medidor 10 mide el voltaje y usa un factor dependiente de la temperatura para convertir el voltaje en pH. Debido a que la celda 20 tiene una resistencia interna relativamente alta, el dispositivo medidor 10 tiene una impedancia de entrada muy alta. Aunque la FIG. 1 ilustra por separado los electrodos de medida y de referencia 12, 14, dichos electrodos algunas veces están combinados, junto con el sensor de temperatura 16 dentro de un solo cuerpo. Dichos sensores se denominan electrodos de combinación.

El voltaje de la celda 20 es la suma algebraica de los potenciales del electrodo de medida 12, el electrodo de referencia 14, y la unión por líquido. El potencial del electrodo de medida 12 depende principalmente del pH de la muestra 18. El potencial del electrodo de referencia 14 no es afectado por el pH, de modo que proporciona un voltaje de referencia estable. El potencial de la unión por líquido depende de un modo complejo de la identidad y la concentración de los iones del líquido de muestra 18. El potencial de la unión por líquido está siempre presente, pero usualmente es pequeño y relativamente constante si la celda 20 está diseñada adecuadamente. Los tres potenciales dependen de la temperatura.

El electrodo de medida 12 generalmente es específico de la aplicación. En una aplicación tal como la ilustrada en la FIG. 1, en donde se mide el pH, el electrodo de medida incluirá una pieza delgada de vidrio sensible al pH, que está introducida por soplado en el extremo de un tramo de un tubo de vidrio. Encerrada herméticamente dentro del electrodo 12 está una solución de cloruro de potasio tamponada a pH 7. Una pieza de alambre de plata chapada con cloruro de plata está en contacto con la solución. Sin embargo, cuando se usa la celda electroquímica 20 para otras aplicaciones, el electrodo de medida 12 puede tener cualquier forma adecuada.

El electrodo de referencia 14 incluye una pieza de alambre de plata chapada con cloruro de plata en contacto con una solución concentrada de cloruro de potasio mantenida en un tubo de vidrio o plástico. Sin embargo, la selección del material para el alambre del electrodo de referencia, así como la solución de relleno puede variar también dependiendo de la aplicación. El electrodo de referencia 14 incluye la unión por líquido fluente 22 que está acoplada fluidamente con la solución de relleno 24 dispuesta dentro del electrodo de referencia 14 en la solución de muestra 18. El uso de la unión por líquido fluente 22 permite que los cationes y aniones pasen uniformemente permitiendo que el electrodo de referencia 14 tenga un potencial de unión bastante estable.

La FIG. 2 es una vista... [Seguir leyendo]

1. Una celda electroquímica, que comprende:

un electrodo de medida (12) dispuesto para estar en contacto con una muestra (18) ;

un electrodo de referencia (14) dispuesto para estar en contacto con la muestra, teniendo el electrodo de referencia un fluido de relleno (24) en su interior y teniendo una unión por líquido fluente que acopla fluidamente el fluido de relleno a la muestra;

y una caperuza (126) que tiene un ánima que forma una primera abertura (130) próxima al interior del electrodo de referencia, una segunda abertura (134) próxima a la muestra, y un conducto de paso entre la primera y segunda aberturas; en donde todas las secciones transversales del conducto de paso tienen un diámetro que es mayor que un diámetro de la primera abertura; de tal modo que la unión por líquido fluente está comprendida al menos parcialmente por el conducto de paso y está configurada para impedir el bloqueo a su través.

2. La celda electroquímica de la reivindicación 1, en donde el electrodo de medida y el electrodo de referencia están mantenidos dentro de un único alojamiento.

3. La celda electroquímica de la reivindicación 1, y que comprende además un sensor de temperatura dispuesto en contacto con la muestra.

4. La celda electroquímica de la reivindicación 3, en donde el electrodo de medida y el electrodo de referencia están mantenidos dentro de un único alojamiento.

5. La celda electroquímica de la reivindicación 1, y que comprende además un primer filtro de partículas dispuesto dentro del electrodo de referencia próximo a la unión por líquido fluente, teniendo el primer filtro de partículas un tamaño de poros máximo menor que un diámetro de la unión por líquido fluente.

6. La celda electroquímica de la reivindicación 5, en donde el filtro es un filtro de partículas menores que 1 micrómetro.

7. La celda electroquímica de la reivindicación 5, y que comprende además un segundo filtro de partículas dispuesto en contacto con la muestra, y situado próximo a la unión por líquido fluente, teniendo el segundo filtro de partículas un tamaño de poros máximo menor que un diámetro de la unión por líquido fluente.

8. La celda electroquímica de la reivindicación 7, en donde el filtro es un filtro de partículas menores de 1 micrómetro.

9. La celda electroquímica de la reivindicación 1, en donde el diámetro del conducto de paso varía linealmente desde la primera abertura hasta la segunda abertura.

10. La celda electroquímica de la reivindicación 9, en donde la unión por líquido fluente es una unión de forma troncocónica.