Устройство для измерения концентрации сероводорода в газах

 

Изобретение относится к эле%|>&ическим устройствам для определения кёнцентрации сероводорода в газах м>&1(?жёт найти применение в химическо<)« гадогтерерабаты-' вающей и других отраслях промышленно-сти. Целью изобретения является повышение селективности, стабильности показаний во времени и надежности в работе устройства. Устройство состоит из корпуса с измерител ь н ым сул ьфидсеребря н ы м и вспомогательным хлорсеребряным электродами, погруженными в измерительную, контактирующую с анализируемым газом, и вспомогательную камеры, заполненные индикаторным раствором и соединенные между собой наклонным каналом. Нижняя часть камеры вспомогательного электрода заполнена гранулами активированного угля, пропитанного двуокисью марганца, причем диаметр наклонного канала меньше диаметра гранул, а объем вспомогательной камеры превышает объем измерительной камеры. Устройство позволяет повысить селективность измерения концентрации сероводорода, стабильность потенциала во времени и надежность в работе устройства, 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)э 6 01 N 27/416

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4763610/25 (22) 01.12.89 (46) 15.02.92.. Бюл. f4 6 (7 1) Всесоюзный научно-исследовательский и конструкторский институт хроматографии (72) О. А. Сзгателян, А. В. Картавцев и Б. М.

Кулаков (53) 543.257(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М.914996, кл. 6 01 N 27/52, 1982, Камман К. Работа с ионоселективными электродами, М.: Мир, 1980; с. 123-129. патент США N 4018660, кл. G 01 и

27/46, 1977. (54) УСТРОЙСТВО.ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЙ КОНЦЕНТРАЦИИ СЕРОВОДОРОДА 8 ГАЗАХ (57) Изобретение относится к. электрическим устройствам для определения концентрации сероводорода в газах и может найти применение в химической,.гаэоперерабатывающей и других отраслях промышленноИзобретение относится к электрохимическим устройствам для ойределевия кон. центрации сероводорода в газах и может найти применение в химической, газойерерабатывающей и других отраслях промышленности.

Известно устройство для определения концентрации сероводорода, состоящее из измерительной ячейки, в которую осуществляется непрерывная принудительная. подача анализируемого газа и щелочного абсорбирующего раствора с последующим измерением концентрации образующихся сульфид-ионов при помощи электродной naPbl..Я2 ) 1712860 А1 сти. Целью изобретения является повышение селективности, стабильности показаний во времени и надежности в работе устройства. Устройство состоит из корпуса с измерительным сульфидсеребряным и вспомогательным хлорсеребряным электродами, погруженными в измерительную, контактирующую с анализируемым газом, и вспомогательную камеры, заполненные индикаторным раствором и соединенные между собой наклонным каналом. Нижняя часть камеры вспомогательного электрода заполнена гранулами зктивированного угля, пропитанного двуокисью марганца, причем диаметр наклонного канала меньше диаметра грзнул, а объем вспомогательной камеры превышает объем измерительной камеры.

Устройство позволяет повысить селективность измерения концентрзцни сероводорода, стабильность потенциала во времени и надежность в работе устройства. 1 ил.

/ 4

° ВИЛ

Недостатками данного устройства являются его сложность, энергоемкость, значи- М тельные габариты, а также необходимость в CO относительно частом профилактическом об- О служи зании. С)

Известно также устройство для определения концентрации сероводорода, представляющее собой корпус с гаэопроницаемой мембраной, в который залит ин- . дикаторный раствор, и"установленными в нем измерительным сульфидееребряным и вспомогательным проволочным хлорсеребряным электродами.

Недостатками указанного устройства являются плохая динамика. особенно при переходе с большей концентрации на мень1

1712860

40

Н28 & Н++ HS

HS Н++ 3, (2) шую. а также плохая воспроизводимость и невозможность длительных измерений концентрации сероводорода из-за отравления проволочного- хлорсеребря ного электрода, так как при попадании ионов сульфида в индикаторный раствор на поверхности хлорсеребряного электрода образуется сульфид серебра, в результате чего вспомогательный электрод приобретает сульфидную функцию, и датчик выходит иэ строя.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для определения концентрации сероводорода, состоящее из измерительного серебряного ионселективного электрода, закрепленного в полиэтиленовом корпусе, и вспомогательного электрода, опущенного в камеру, заполненную влажной неорганической солью (например, хлоридом калия), электрический контакт которой с тонким слоем индикаторного раствора в торцовой части измерительного электрода осуществляется с помощью наклонного канала.

К недостаткам известного устройства относятся низкая селективность измерения вследствие воздействия на серебряный электрод всех компонентов, образующих с серебром труднорастворимые соединения (CI. Br, CN, Соз, NO2 ). В результате взаимодействия с этими компонентами меняются характеристики измерительного электрода (отравление электрода), Кроме того, сероводород, проникая через канал в камеру вспомогательного электрода, отравляет и его, так как произведение растворимости сульфида серебра ПР=2,0 10 значительно меньше произведения растворимости хлористого серебра ПР=1,78 10

Это приводит к потере работоспособности вспомогательного электрода за счет приобретения им сульфидной функции, что значительно ограничивает долговечность устройства.

Целью изобретения является повышение селективности, стабильности показаний во времени и надежности в работе устройства.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для измерения концентрации сероводорода, представляющем собой корпус с измерительным и вспомогательным электродами, погруженными в измерительную, контактирующую с анализируемым газом, и вспомогательную камеры, заполненные индикаторным раствором и соединенные между собой наклонным каналом, измерительный электрод представляет собой сульфидсеребряный электрод, нижняя часть камеры вспомогательного электрода заполнена гранулами активированного угля, пропитанного двуокисью марганца, причем диаметр наклонного канала меньше диаметра гранул, а объем вспомогательной камеры превышает объем измерительной камеры.

Использование сульфидсеребряного электрода, обладающего селективной чувствительностью только к ионам сульфида и не реагирующего на другие неизмеряемые компоненты, а также указанное выполнение камеры вспомогательного электрода обеспечивают повышение селективности устройства, а также стабильности показаний во времени и надежности.

На чертеже изображено предлагаемое устройство, Устройство состоит иэ корпуса 1, в кото-. ром выполнены камера 2 измерительного сульфидсеребряного электрода 3 и камера 4 вспомогательного хлорсеребряного электрода 5. Нижняя часть камеры вспомогательного электрода заполнена гранулами активированного угля б, пропитанного двуокисью марганца. Камера вспомогательного электрода и камера измерительного

1 электрода соединены между собой наклонным каналом 7, причем объем камеры вспо.— могательного электрода значительно превышает объем камеры измерительного электрода,.а диаметр наклонного канала меньше диаметра гранул. Камеры заполнены индикаторным раствором.8. От анализируемой среды измерительный электрод отделен газопроницаемой мембраной 9, Устройство работает следующим образом.

Анализируемый газ под .воздействием градиента концентрации диффундирует через газопроницаемую мембрану 9, взаимодействуя с тонким слоем индикаторного раствора 8, находящимся между газопроницаемой мембраной 9 и торцевой частью измерительного электрода 3. где находится

его чувствительная мембрана, В результате этого взаимодействия происходит изменение концентрации определяемого типа ионов, воздействующих на чувствительную мембрану измерительного электрода, что приводит к изменению ЭДС электродной пары, а следовательно, и выходного сигнала датчика.

Взаимодействие сероводорода с индикаторным раствором происходит согласно следующим уравнениям реакций;

1712860 где К1 и Кз — константы первой и второй ступеней диссоциации сероводорода в воде.

Применяя закон действующих масс к уравнениям (13 и (23, получаем

Таким образом, концентрация образующихся в индикаторном растворе ионов S однозначно связана с измеряемой концентрацией сероводорода, если рН в процессе измерения практически неизменен, что достигается использованием в качестве индикаторного раствора буферных растворов.

При образовании в растворе сульфидионов происходит постепенное отравление ими вспомога.гельного хлорсеребряного электрода, особенно в случае использования проволочного электрода, представляющего собой серебряную проволоку, покрытую слоем хлорида серебра. При этом образуется слой сульфида серебра, произведение растворимости которого меньше произведения растворимости хлорида серебра на 40 порядков. В результате этого хлорсеребряный электрод приобретает сульфидную функцию, превращаясь в сульфидсеребряный электрод, что приводит к выходу датчика из строя. Аналогичные процессы происходят и на поверхности измерительного электрода в том случае, если используется серебряный электрод.

В случае заполнения камеры вспомогательного электрода гранулами активированного угля, пропитанного двуокисью марганца, происходит окисление сульфидионов двуокисью марганца до элементарной серы, абсорбирующейся на активных центрах активированного угля. В результате этого состав индикаторного раствора в камере вспомогательного электрода сохраняется практически, неизменным в течение длительного периода времени непрерывной работы и не содержит мешающих ионов, отравляющих электрод, что увеличивает интервал его работы без замены раствора и стабильность потенциала электрода во времени. Кроме того, дополнительно улучшается динамика работы всего устройства в целом, так как при отсутствии данного слоя гранул происходит диффузия сульфид-ионов внутрь индикаторного раствора и при последующем уменьшении концентрации сероводорода в анализируемом газе обратная диффузия из глубины раствора протекает длительное время; что существенно влияет на динамические характеристики устройства.

Для приготовления активированного угля, пропитанного двуокисью марганца, не5.. обходимо растворить в дистиллированной воде сульфат марганца и пропитывать им уголь в течение суток. После этого слить раствор, залить уголь дистиллированной водой и добавлять аммиачную воду до щелочной реакции(рН>7), оставить на 2-3 ч, после

10 гранул активирован ного угля, пропитанного двуокисью марганца, в камеру измерительного электрода диаметр наклонного канала выбран меньше диаметра используемых гранул.

Для получения оптимальных динамических характеристик, которые зависят, в основном, от величины жидкостных зазоров в камере измерительного электрода. зазор между электродом и стенками камеры и зазор между торцовой частью электрода и газопроницаемой мембраной минимизируются. Объем индикаторного раствора, находящегося в камере измерительного электро20

35 да, при этом становится минимальным и при возможном испарении части раствора через газопроницаемую мембрану или верхнее уплотнение электрода происходят разрыв контакта и быстрый выход устройства из строя. Для предотвращения этого камера вспомогательного электрода выполнена большего объема и является емкостью для запасного индикаторного раствора, из которой он поступает по мере уменьшения коли40 чества раствора в камеру измерительного электрода, что также увеличивает время непрерывной работы устройства.

Повышение селективности и надежности работы устройства достигается за счет использования в устройстве в качестве измерительного сульфидсеребряного электрода, обладающего селективной чувстви45 тельностью только к ионам сульфида. В известном устройстве, в котором использует-. ся серебряный электрод, наблюдаются его реагирование на большое количество неизмеряемых компонентов и постепенный выход электрода из строя за счет образования на его поверхности труднорастворимых со50

55 единений серебра. При использовании сульфидсеребряного электрода данных нежелательных явлений не происходит.

Рекомендуется рабочая область температур предлагаемого устройства +10—

+60 С. При температурах выше +60 С ухудчего тщательно промыть. При этом происходит осаждение двуокиси марганца непосредственно на поверхности гранул активированного угля.

15 Для предотвращения проскальзывания

1712860 ааются механические свойства полимерных пленок..

Таким образам, изобретенйе позволяет вовысить селективность устройства, стабильность. показаний во времени и надежность в рабате.

Составитель О.Сагателян

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор H.Ревская

Редактор A.Ëàæíèíà

Заказ 532 Тираж Подписное

ВНИИХИ Гасударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

9 качестве газапроницаемой мембраны для измерения сероводорода используют силиконовую нленку типа "Сигма". Время установления стабильных показаний датчика составляет акала 90 с при увеличении и

120 с при уменьшении измеряемой концентрации, Замену индикаторного раствора йраизвадят: адин раз в три месяца. Диапазон измвряаиых концентраций зависит от койцейт)юции ийдикатщзнага p3cYSop8, за: ливвемаго в устройства, и может изменяться s широких пределах.

Формула изобретения

Устройство для измерений концентрации сероводорода в газах, включающее корпус с измерительным и вспомогательным электро5 дами, размещенными соответственно в измерительной, контактирующей с анализируемым газом, и вспомогательной камерах, заполненных индикаторным растворам и соединенных между собой наклонным каналом, о т л и ч а ю10 ще ес я тем;что, с целью повывения селективности, стабильности показаний вь времени и надежноОти В работе устройства, нижняя часть камеры вспомогательного электрода заполнена гранулами вктивированнога угля,:

15 пропитанного двуокисью марганца, в качестве индикаторного использован сульфидсеребряный зэлектрод при этом диаметр нвклоннага канала меньаедиаметра гранул, вобьем вспомогательной камеры превыюает объем изме- .

20 ритепьной камеры.