Способ определения содержания общего органического углерода в воде и устройство для его осуществления

 

1. Способ определения содержания общего органического углерода в йоде путем пропускания через исследуемую среду с помощью электродов, один из которых платиновый, измерительного импульса тока длительностью 0,001-0,1 с в области потенциалов платинового электрода 0,0-0,4 В,- и измерения количества электричества, протекшего за время импульса, отличающийся тем, что, с целью повьшения прочности, экспрессности и надежности измерений, на платиновьй электрод в исследуемой среде налагают ряд прямоугольных импульсов при уровне потенциалов от -0,1 до +1,8 В с выдержкой при каждом потенциале 1-2 с, затем подают на него два последовательных измерительных импульса с выдержкой при i уровне потенциала 0,4-0,5 В перед (Л первым импульсом 1-5 с, а перед вторым 30-200 с, и по относительной разности количеств электричества, прошедшего через электрод за время первого и второго импульсов, судят о содержании органического углерода в воде.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51! 4 G 01 N 27 48

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 2902782/18-25 (22) 02.04.80 (46) 15.01.86.Бюл. Р 2 (71) Институт электрохимии АН СССР (72) Ю.Б.Васильев, В .А.Громыко, В.Б.Гайдадымов, Г.Д.Левина, И.В.Серебряков, В.Н.Алексеев, Б.И.Ленцнер и B.Ã.Êóçüìèí (53) 543.253(088.8) (56) Унифицированные методы анализа вод. Под ред.проф, Ю.Ю.Лурье. M. Хи— мия, 1971, с.104-107, Авторское свидетельство СССР

1! 573745, кл. G 01 N 27/48, 1974. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ

ОБЩЕГО ОРГАНИЧЕСКОГО УГЛЕРОДА В ВОДЕ

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ, (57) 1. Способ определения содержания общего органического углерода в воде путем пропускания через исследуемую среду с помощью электродов, один из которых платиновый, измери„„SU„„115236? А тельного импульса тока длительностью

0,001-0,1 с в области потенциалов платинового электрода 0,0-0,4 В, и измерения количества электричества, протекшего за время импульса, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения прочности, экспрессности и надежности измерений, на платиновый электрод в исследуемой среде налагают ряд прямоугольных импульсов при уровне потенциалов от — 0,1 до +l 8 В с выдержкой при каждом потенциале 1-2 с, затем подают на него два последовательных измерительных импульса с выдержкой при уровне потенциала 0,4 — 0,5 В перед первым импульсом 1-5 с, а перед вторым 30-200 с, и по относительной разности количеств электричества, прошедшего через электрод за время первого и второго импульсов, судят о содержании органического углерода в воде.

2. Устройство для определения со— держания общего органического углерода, включающее электрохимический датчик, регулирующий усилитель, к инвертирующему входу которого подключен источник задаваемого напряжения, а к выходу подключен вспомогательный электрод, согласующий усилитель, вход которого подключен к сравнительному электроду, а выход— к инвертирующему входу регулирующего усилителя, токовый усилитель, к инвертирующему входу которого подключен рабочий электрод, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, устрой152367 ство допопнительно снабжено блоком функционального преобразователя, блс ком программного задающего устройства и коммутирующими элементами, причем блок функционального преобразователя, подключенный к выходу токового усилителя, содержит два интегратора, входы которых соединены с коммутирующими элементами, управляемыми программным задающим устройством, а выходы — с вычитающим устройством, к выходу которого подсоединен компаратор, а программное задающее устройство подключено к входу регулирующего усилителя.

Способ определения содержания общего органического углерода в воде относится к физико-химическим способам анализа и может найти применение для контроля чистоты производственных и бытовых вод, а также для определения количества органических примесей в растворах, используемых в различных химических процессах.

Известен способ определения содержания общего органического углерода в воде.по сжиганию органических веществ до углекислого газа с дальнейшим определением его количества, Способ поддается автоматизации.

Однако при его осуществлении необходимо поддерживать температурный режим в узких пределах, продувать пробы воздухом для удаления неорганического углерода, что приводит к потере летучих органических веществ, Наиболее близким к предлагаемому является способ определения содержания общего органического углерода в воде путем пропускания через исследуемую среду с помощью электродов, один из которых платиновый, измерительного импульса тока длительностью 0,001-0,1 с в области потенциалов платинового электрода 0,0-0,4 В и измерения количества электричества, протекающего за время импульса, 2

Для измерений используют устройство для определения содержания общего органического углерода в воде, включающее электрохимичес. 5 кий датчик, регулирующий усилитель, к инвертирующему входу которого подключен источник задаваемого напряжения, а к выходу подключен вспомогательный электрод, согласующий усилитель, вход которого подключен к сравнительному электроду, а выход — к инвертирующему входу регулирующего усилителя, токовый усилитель, к инвертирующему входу которого подключен рабочий электрод.

Сначала в ячейку помещают 20 мл раствора 1н. Н SO, на электрод подают катодный импульс потенциала от

0 1 0,0 В и измеряют ток во времени импульса. Затем в ячейку добавляют определенное количество пробы

1 воды, содержащей органические примеси, и снова измеряют изменение тока во времени такого же импульса.

На платиновом электроде в области потенциалов 0,0-0,4 В в 1н. H SO

2 присутствует адсорбированный водород. При добавлении органических веществ в раствор происходит вытеснение водорода с поверхности платины за счет адсорбции органических веществ на платине. Время, необхо3 димое для достижения одного и того

1152367 же снижения адсорбции водорода, т.е. одной и той же поверхностной концентрации, пропорционально концентрации органических примесей в пробе. Сначала определяют время, необходимое для достижения принятой поверхностной концентрации органических веществ при введении в фоновый раствор добавки калибровочного раствора

2 „ с известным содержанием органического углерода С „, Затем определяют время „, необходимое для достижения такой же поверхностной концентрации при введении в фон такого же количества добавки исследуемой воды. Содержание органического углерода определяют по формуле. 5

Ск "к

С < л

"х

30

Недостатком этого способа является то, что необходимо проводить измерения в фоне перед каждым измерением в пробе. Это обуславливает большую длительность анализа, а, с другой стороны, уменьшает надежность, так как введение лишней операции увеличивает вероятность случайных ошибок.

Цель изобретения — повышение точности, экспрессности и надежности определения общего органического углерода в воде.,Цель достигается тем, что в способе определения содержания общего органического углерода в воде путем пропускания через исследуемую среду с помощью электродов, один из которых платиновый, измерительного импульса тока длительностью 0,001О,1 с в области потенциалов платинового электрода 0,0-0,4 В и измерения количества электричества, протекающего за время импульса, согласно изобретению на платиновый электрод

s исследуемой среде налагают ряд прямоугольных импульсов при уровне потенциалов -0,1+1,8 В с выдержкой при каждом потенциале 1-2 с, затем подают на него два последовательных измерительных импульса с выдержкой при уровне потенциала

0,4+0,5 В перед первым импульсом

1-5 с, а перед вторым 30-200 с, и по относительной разности количества электричества, проходящего через электрод за время первого и, второго импульсов, судят о со35

55 держании в воде.

С этой целью известное устройство для определения содержания общего органического углерода в воде, включающее электрохимический датчик, регулирующий усилитель, к инвертирующему входу которого подключен источник задаваемого напряжения, а к выходу подключен вспомогательорганического углерода ный электрод, согласующий усилитель, вход которого подключен к сравнительному электроду, а выход — к инвертирующему входу регулирующего усилителя, токовый усилитель, к инвертирующему входу которого подключен рабочий электрод, согласно изобретению, дополнительно снабжено блоком функционального преобразователя, блоком программного задающего устройства и коммутирующими элементами, причем блок функционального преобразователя, подключенный к выходу токового усилителя, содержит два интегратора, входы которых соединены с коммутирующими элементами, управляемыми программным задающим устройством, а выходы — с вычитающим устройством, к выходу которого подсоединен компаратор, а программное задающее устройство подключено к входу регулирующего усилителя.

Способ осуществляется следующим образом.

В ячейку заливают пробу анализируемой воды, растворенной в 1 н.

Н SO и платиновый электрод подвергают предварительной подготовке в этом растворе, для чего производят периодическое изменение потенциала электрода от (p =-0,1-+0,1В до g =+1,2-+1,8 В с выдержкой при в течение 1 с и при у в течение 1 с. Общая длительность предварительной подготовки 30 с. Предварительная подготовка электрода подбиралась. таким образом, чтобы количество электричества, прошедшее через электрод во время импульса в области потенциалов 0,4-0,01 В в растворе пробы, соответствовало бы количеству электричества при таком же импульсе в 1н. Н SO .

Выбранная.предобработка позволяет полностью очистить поверхность электрода от органических примесей, .присутствующих в растворе, т.е. получить поверхность электрода в раст152367 Ь

10 .личества прошедшего электричества

5 1 воре пробы такую же чистую, как и в растворе 1н.H SO

Потенциалы, длительность импульсов и длительность подготовки зависят от типа вод и от присутствующих в них органических примесей. Чем труднее окисляются органические примеси, тем более положительным должно быть значение анодного потенциала и тем продолжительней должна быть подготовка.

После подготовки на электрод накладываются два последовательных пилообразных импульса от р =0,4 В до

=0,0 В длительностью 0,001-0,1 с с определенным временем выдержки при потенциалах 0,4-0,5 В перед каждым импульсом. Первый из накладываемых на электрод импульсов является опорным и в этом случае время выдержки электрода не превышает 5 с. Время выдержки подбиралось таким образом, чтобы оно обеспечивало спад емкостных токов, но было недостаточно для адсорбции органических веществ из раствора. Критерием правильности выбора времени служило совпадение количества электричества, прошедшее через электрод во время импульса от

Ч =0,4 до q =0,0 В в чистом растворе 1н. Н2$04 H B pBcTBope 1H. HgS04, содержащем пробу. Чем выше содержание органических примесей в растворе, тем меньше должна быть выдержка электрода. При содержании общего органического углерода меньше 10 мг/л—

3-5 с, от 10 мг/л до 100 мг/л—

1-2 с, больше 100-2000 — 1 с и меньше.

После прохождения опорного импульса электрод выдерживался при

=0,4-0,5 (потенциале адсорбции) .в течение определенного интервала времени, достаточного, чтобы органические примеси количественно адсорбировались на поверхность электрода.

Эксперимент показал, что для большинства органических веществ это интервал времени 100 с.

Потенциал адсорбции бып выбран в области 0,4-0,5 В, исходя из того, что большинство органических соединений на платине адсорбируется именно в этой области.

После выдержки при потенциале адсорбции на электрод подается вто15

55 рой импульс, полностью аналогичный первому, количество электричества, проходящее через электрод во время этого импульса из-за присутствия на поверхности адсорбированных органических частиц, заметно меньше, чем в опорном импульсе. Время выдержки подбиралось таким образом, чтобы получить максимальное снижение ково втором импульсе, т.е. максимальную адсорбцию органических частиц на поверхности электрода.

Таким образом, в данном способе предварительная подготовка обеспечивает чистоту поверхности электрода в растворе пробы такую же, как и в растворе фона, а выбранный уровень потенциала адсорбции и время вы— держки при нем позволяют получить количественные данные о содержании органических примесей в пробе.

Способ реализуется с помощью устройства, структурная схема которого приведена на фиг.1; на фиг.2 диаграмма работы устройства в координатах О-4 .

Устройство включает источник 1 задаваемого напряжения, программное задающее устройство 2, регулирующий усилитель 3, масштабирующие сопротивления 4-7, электрохимический датчик 8 с вспомогательным электродом 9, рабочим электродом 10 и электродом сравнения 11, согласующий усилитель 12, токовый усилитель 13, коммутирующие элементы 14 и 15. Последние вместе с интеграторами 16 и

17, вычитающим устройством 18 и ком- . паратором 19 составляют блок функционального преобразователя.

Программное задающее устройство

2 определяет программу воздействия на исследуемый объект в виде заданной последовательности скачков напряжения для предварительной подготовки поверхности электрода с последующим измерением напряжения по линейному закону до заданного уровня.

Регулирующий усилитель 3 выполняет функцию электронного регулятора, обеспечивающего регулирование потенциала рабочего электрода и сумматора внешних воздействий Ц и Цо,.

Согласующий усилитель 12 с коэффициентом передачи, равным единице, осуществляет функцию согласования цепи электрода сравнения электро2367 8 менты 14 и 15 поступает на вход интеграторов 16 и 17. В процессе прохождения программы предварительной подготовки коммутирующие элементы

14 и 15 разомкнуты, После окончания выдержки 1 (см.фиг.2) коммутирующий элемент 14 замыкается и токовый сигнал, полученный в результате воздействия первого пилообразного им l0 пульса, поступает на вход интегратора 16, В результате на выходе интегратора получается величина количества электричества

7 115 химического датчика с входной цепью регулирующего усилителя 3 и позво— ляет регистрировать потенциал рабочего электрода стандартными пробами.

Токовый усилитель 13 представляет собой преобразователь ток-напряжение и обеспечивает измерение тока электрохимического датчика < и о согласование с регистратором тока.

Блок функционального преобразователя предназначен для получения выходного сигнала, пропорционального интегралу входного тока, и для сравнения разностного сигнала дЦ с опорным 0,„.

Устройство работает следующим образом.

Для реализации программы предварительной подготовки электрода с помощью программного задающего устройства устанавливается начальный уровень потенциала !1< (см.фиг.2).

Через заданный промежуток времени формируется скачок напряжения заданной амплитуды и полярности U

Далее через промежуток времени 2 формируется скачок 11 . После окончания интервала времени 1 форми3 руется измерительная часть потенциодинамического импульса. Блок программного задающего устройства формирует линейно-изменяющееся напряжение с заданной амплитудой и скоростью 3

После окончания длительности первого опорного пилообразного импульса 1 через заданный промежуток времени с на выходе програм- 40 много задающего устройства формируется второй измерительный пилообразный импульс с заданной амплитудой

О и скоростью <1= вЂ,, полностью иден1 45

15 где (< ц

«<

«

50

55 тичный первому.

Таким образом, сформированная программа воздействия на рабочий электрод в виде заданной последовательности скачков напряжения для предварительной подготовки поверх— ности электрода с последующим изменением напряжения по линейному зако ну до заданного уровня поступает на вход регулирующего усилителя 3.

Токовый сигнал с выхода усилителя 13 через коммутирующие эле— напряжение на выходе интегратора 16; постоянная времени интегратора 16; сопротивление 7 в цепи отрицательной обратной связи усилителя 13..

После окончания длительности первого пилообразного импульса <,.1 фиг.2) коммутирующий элемент 14 размыкается и величина Q запоминается

Через заданный промежуток времени формируется второй пилообразный импульс. Коммутирующий элемент

15 замыкается и токовый сигнал, соответствующий второму пилообразному импульсу, поступает на вход интегратора 17, на выходе которого получаем величину 6 =,, где <7 "2 о

1<7 — напряжение на выходе интегратора 17. Далее сигналы Я< и Ц пОступают на вход вычитающего уст- ройства 18, с выхода которого разностный сигнал поступает на один вход компаратора 19, на второй вход которого подается требуемая величина опорного сигнала. В результате на выходе компаратора получаем сигнал

"<< 2

Q = вЂ, пропорциональный обще-. иэм

< му количеству органического углерода в воде.

С помощью данного способа и устройства для его осуществления определение содержания общего органического углерода в воде проводится за 2-3 мин с точностью 1 с.

II5236g

Редактор С.Титова Техред З.Палий Корректор И.Муска

Заказ 8558/6 Тираж 896 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул.Проектная, 4