Ионометрическая ячейка для проточного анализа

 

Область применения: ионометрическая ячейка для проточного анализа физико-химических измерений с использованием ионоселективных электродов. Сущность изобретения: ионоселективный электрод устанавливают вертикально таким образом, что он может свободно (без перекосов) перемещаться в вертикальном направлении, Мембрана электрода лежит всей своей поверхностью под действием массы электрода на входном штуцере с отверстием под центром мембраны, через которое подается сегментированный поток раствора. 4 ил. W Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (si)s G 01 N 27/333

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4839181/25 (22) 13.06.90 (46) 23.07.92. Бюл. М 27 (71) Силламяэское химико-металлургическое производственное объединение и Московский химико-технологический институт им. Д,И.Менделеева (72) Ю.А.Боржицкий, А.В.Двинин, О.М,Петрухин и Ю.И.Урусов (56) Корта И., Штулик К. Ионоселективные электроды. — M.; Мир, 1989.

Xacobus F, Van staden — Analyst„1987, 112, 595, Ramamurti RangaraJan, G,А. Reehuctz.Anal. Chem., 1975, 47, 324.

Theodore K. Christopoulos et al. — Anal.

Chem„ 1987, 112, р. 1293.

Theodore К. Christopoulos et al. — Anal.

Chem., 1989, 61, р. 504.

Изобретение относится к потенциометрическим методам анализа с использованием ионоселективных электродов (ИСЭ), в частности к проточным методам, и может быть использовано для ускоренного анализа растворов с различным солевым составом, Известно несколько основных классов проточных ячеек с ИСЭ, используемых в качестве детекторов в проточных методах анализа: трубчатые, каскадные, тонкослойные и типа "отражающая стенка", Трубчатые и каскадные ячейки позволяют проводить 5 — 60 определений в час.

Ячейка типа "отражающая стенка" позволяет получать небольшие времена отклика, од2 (54) ИОНОМЕТРИЧЕСКАЯ ЯЧЕЙКА ДЛЯ

ПPOTOЧНОГО АНАЛИЗА (57) Область применения: ионометрическая ячейка для проточного анализа физико-химических измерений с использованием ионоселективных электродов. Сущность изобретения: ионоселективный электрод устанавливают вертикально таким образом, что он может свободно (без перекосов) перемещаться в вертикальном направлении, Мембрана электрода лежит всей своей поверхностью под действием массы электрода на входном штуцере с отверстием под центром мембраны, через которое подается сегментированный поток раствора, 4 ил. нако, те из них, которые используются в проточных анализаторах, не показывают высокой производительности.

Известны проточные ячейки, позволяющие проводить 60 — 240 определений в час.

Поток раствора по каналу, расположенному под углом к поверхности мем бра н ы И СЭ, подается на горизонтально расположенную мембрану ИСЭ и затем по другому каналу отводится к электроду сравнения.

Для большинства ячеек, используемых в проточном анализе, недопустимо попадание пузырьков газа или смеси газов, сегментирующих поток, на мембраму ИСЭ, так как это вызывает разрыв гальванической цепи.

Предварительно удаление пузырьков перед

1749814

25

35 подачей потока на мембрану ИСЭ вызывает снижение производительности и точности определений.

Недостатком известных конструкций ячеек является низкая производительность измерений и, в большинстве случаев, невысокая точность определений, Наиболее близкой к изобретению является ячейка, в которую поступает раствор, сегментированный пузырьками воздуха.

Ячейка имеет два канала, по которым анализируемый раствор дважды проходит вдоль мембраны ИСЭ. Такая конструкция ячейки позволяет проводить измерение ЭДС одновременно в двух точках анализируемого потока, что дает возможность частично исключить шумы, вызванные попаданием воздушных пузырьков на мембрану ИСЭ.

Недостатками известной ячейки являются невысокая точность (коэффициент вариации 2%) и невысокая производительность (60-360 определений в час). При большей производительности снижается точность определений и происходит слияние последовательных аналитических сигналов ввиду большого времени отклика ячейки, Целью изобретения является повышение точности и производительности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что измерительный ионоселективный электрод установлен вертикально и соосно штуцеру для ввода анализируемого раствора, при этом он может свободно перемещаться в вертикальном направлении. Мембрана

ИСЭ под действием веса электрода лежит на торцовой поверхности штуцера, диаметр которого равен диаметру мембраны или превышает его, а диаметр подводящего канала в штуцере относится к диаметру мембраны ИСЭ как 1/5-1/17.

Мембрана ИСЭ всей своей внешней поверхностью под действием веса электрода сопряжена с торцом штуцера, что приводит к образованию минимально возможного зазора между мембраной и поверхностью штуцера. При этом резко уменьшается толщина неподвижного слоя жидкости вблизи мембраны ИСЭ и, какследствиеуменьшается время отклика ячейки.

Уменьшение времени отклика ячейки позволяет повысить производительность и точность измерений.

На фиг. 1 представлена схема ионометрической ячейки для проточного анализа; на фиг. 2-аналитические сигналы, полученные при определении концентрации -фторидионов в потоке, сегментированном азотом; на фиг. 3 — то же, при определении концен40

55 трации хлорид-ионов в потоке, сегментированном воздухом на фиг,4-то же, при определении концентрации нитрат-ионов в потоке, сегментированном воздухом.

Корпус ячейки 1 представляет собой цилиндрический сосуд из оргстекла вместимостью 25 мл. Сверху он закрыт крышкой 2 толщиной 20 мм. В крышке имеется сквозное вертикальное отверстие, стенки которого являются направляющими для ИСЭ 3.

Диаметр отверстия превышает диаметр

ИСЭ на 0,1-0,2 мм для того, чтобы электрод мог свободно перемещаться в вертикальном направлении.

Под действием силы тяжести электрод своей горизонтально расположенной мембраной 4 лежит на горизонтальной поверхности входного штуцера 5 высотой 20 мм, изготовленного из оргстекла. Диметр верхней торцовой части входного штуцера равен диаметру мембраны ИСЭ или превышает диаметр мембраны на 2 мм или на 4 мм. В центре входного штуцера имеется канал для ввода анализируемых растворов диаметром

0,3 (отношение диаметра канала к диаметру мембраны 1/17 пример 1, 0,5 (отношение диаметра канала к диаметру мембраны 1/10 пример 2) и 1,0 мм (отношение диаметра канала к диаметру мембраны 1/5 пример 3).

Диаметр мембраны ИСЭ во всех случаях составляет 5,0 мм. В корпусе ячейки имеется отверстие для слива растворов 6, расположенное таким образом, чтобы раствор в ячейке находился на уровне торцовой поверхности входного штуцера(с точностью

+2 мм).

В крышке ячейки жестко закреплен электрод 7 сравнения, например ЭВЛ-1М3 таким образом, что он погружен в раствор на глубину 15-20 мм, Сегментированный поток поступает через канал в центре входного штуцера в ячейку, проходит между мембраной и торцовой поверхностью штуцера и попадает в резервуар, откуда сливается через сливное отверстие, Сегментирующие поток пузырьки быстро проходят под мембраной, не накапливаясь, и не экранируют одновременно всю поверхность мембраны, поэтому существует постоянный электрический контакт между ИСЭ и электродом сравнения, Таким образом, ячейка позволяет проводить измерения без дополнительных шумов, вызванных сегментацией потока.

Пример. 1. Определение концентрации фторид-ионов проводится с использованием стандартных растворов ториу-ионов сконцентрацией3 10,3 10 и10 м/дм .

Все стандартные растворы содержат 0,2

174981 4 мlдм (МНУ)2$04для поддержания постоян3 ной ионной силы. Раствор с концентрацией

-6 з -

3 10 мlдм F используют в качестве раствора базовой линии. В качестве измерительного электрода используют 5 ионоселективный электрод с мембраной на основе баРз. Стандартные растворы nooseредно прокачивают через проточную ячейку . при помощи многоканального перистальтического насоса со скоростью 4 см /мин. 10

Каждую порцию стандартного раствора прокачивают через ячейку в течение 4 с, после чего прокачивают раствор базовой линии также в течение 4 с. Таким образом, измерение проводят с производительно- 15 стью 450 проб в 1 ч. Поток раствора перед поступлением в ячейку смешивают с потоком азота, который прокачивают при помощи того же пезоистальтического насоса со скоростью 2 см /мин. ЭДС ячейки регистри- 20 руют иономером И-135 и самописцем ЦДА1.

Записи аналитических сигналов приведены на фиг.2.

Проводят анализ серии стандартных 25 растворов 8, последовательный анализ растворов с концентрацией 10 М 10 М/дм

F (9) и измеряют величины равновесного аналитического сигнала 10. При анализе стандартных растворов с производительно- 30 стью 450 проб в 1 ч относительное среднее квадратическое отклонение результатов не превышает 0,003.

Пример 2. Определение концентрации хлорид-ионов проводят с использова- 35 нием стандартных растворов хлорид-ионов с концентрацией 3 10, и 104 и 3

М!дм СГ. Все стандартные растворы содержат 0,2 М/дм (КН4)г$04 для поддержания постоянной ионной силы. Раствор с 40 концентрацией 3 .10 M läì Cl используют в качестве раствора базовой линии. В качестве измерительного электрода используют ионоселективный электрод с мембраной на основе системы AgCI-Ацг$. 45

Стандартные растворы поочередно прокачивают через ячейку с хлоридселективным электродом при помощи многоканального пеоистальтического насоса со скоростью 3 см /мин. Каждую порцию стандартного 50 раствора прокачивают через проточную ячейку в течение 3 с, после чего прокачивают раствор базовой линии также в течение

3 с. Таким образом, измерения производят с производительностью 600 проб в 1 ч. По- 55 ток анализируемого раствора перед поступлением в ячейку смешивают с потоком воздуха, который прокачивают при помощи того же перистальтического насоса со сКо ростью 3 см /мин. ЭДС ячейки регистрируз ют иономером И-135 и самописцем ПДА-1.

Записи аналитических сигналов приведены на фиг.3.

Проводят анализ серии стандартных растворов 11, последовательный анализ растворов с концентрацией 10 и 10

М/дм Cl (12) и измеряют величины равновесного аналитического сигнала (13). При анализе стандартных растворов с производительностью 600 проб в 1 ч относительное среднее квадратическое отклонение результатов не превышает 0,005.

Пример 3. Определение концентрации нитрат-ионов проводят с использованием стандартных растворов нитрат-ионов с концентрацией 10з, 3 10з, 10 и 3. 10 г/дм ИОз. Все стандартные растворы содержат фосфатный буфер (0,25 М!дм

МаНгР04 и 0,25 М/дм НзРО4) для поддер3 жания постоянной ионной силы. Раствор с концентрацией 1 10 г/дм йОз использу-з з ют в качестве раствора базовой линии. В качестве измерительного электрода используют ионоселективный электрод с поливинилхлоридной пластифицированной мембраной на основе тетрадециламмонийнитрата. Стандартные растворы поочередно прокачивают через проточную ячейку с нитратселективным электродом при помощи многоканального перистальтического насоса со скоростью 4,5 см /мин Каждую порцию стандартного раствора прокачивают через ячейку в течение 5 с, после чего прокачивают раствор базовой линии также в течение 5 с. Таким образом, измерения проводят с производительностью 360 проб в 1 ч. Поток анализируемого раствора перед входом в ячейку смешивают с потоком воздуха, который прокачивают при помощи того же перистальтического насоса со скоростью 1,5 см /мин. ЭДС ячейки регистз рируют иономером И-135 и самописцем

ПДА-1.

Записи аналитических сигналов приведены на фиг,4, Проводят анализ серии стандартных растворов 14, последовательный анализ растворов с концентрацией 3 10 и 3 10 г/дм МОз (15) и измеряют величины равновесных аналитических сигналов (16). При анализе стандартных растворов с производительностью 360 проб в 1 ч относительное среднее квадратическое отклонение результатов не превышает 0,008.

Таким образом, использование предлагаемого устройства позволит увеличить точность определения различных ионов в проточных системах аналйза (Sr<0,008) и по1749814

Гли8

ПОГИ

pa m8upaI мч — — панироВиние

4ие. Я высить производительность анализа до 600 проб в 1 ч.

Формула изобретения

Ионометрическая ячейка для проточного анализа, включающая корпус, снабженный штуцерами для ввода и вывода растворов, в котором расположены ионоселективный индикаторный электрод (ИСЭ) и электрод сравнения, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения точности и производительности анализа в сегментированных потоках, измерительный ионоселективный электрод установлен вертикально и соосно штуцеру для ввода анализируемого раствора с возможностью свободного пере5 мещения в вертикальном направлении, при этом поверхность мембраны ИСЭ сопряжена с торцом штуцера и ее диаметр не превышает диаметр штуцера, а диаметр подводящего канала относится к диаметру

10 мембраны ИСЗ как 1/5-1/17, Ячию

Екаюиройлие

С со HN+c45си же

Составитель И.Рогаль

Техред М.Моргентал Корректор А.Осауленко

Редактор Н.Гунько

Заказ 2592 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного 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! ! !

) !

17

g У

1749814