Измеритель общей щелочности в растворе

 

Изобретение относится к области потенциометрического измерения щелочности в анализируемом растворе, а именно к измерителю общей щелочности в растворе, содержащему потенциометрическую ячейку с анализируемым раствором, измерительный электрод для определения pH и вспомогательный электрод, при этом ячейка выполнена проточной и содержит ионоселективный электрод для определения pCO₃, измеритель снабжен блоком измерения pH, блоком измерения pCO₃, аналого-цифровым преобразователем, вычислителем концентрации гидроксильных ионов OH^-, вычислителем концентрации карбонатных ионов CO²₃^-, вычислителем концентрации бикарбонатных ионов HCO^-₃, сумматором-вычислителем общей щелочности и цифроаналоговым преобразователем, причем ячейка соединена с блоком измерения pH и блоком измерения pCO₃, которые соединены с аналого-цифровым преобразователем, соединенным с вычислителем концентрации гидроксильных ионов OH^- и вычислителем концентрации карбонатных ионов CO²₃^-, соединенным, в свою очередь, с вычислителем концентрации бикарбонатных ионов HCO^-₃, вычислитель концентрации гидроксильных ионов OH^-, вычислитель концентрации карбонатных ионов CO²₃^- и вычислитель концентрации бикарбонатных ионов HCO^-₃ соединены с сумматором-вычислителем общей щелочности, который соединен с цифроаналоговым преобразователем. 1 ил.

Изобретение относится к области потенциометрического измерения щелочности в анализируемом растворе и позволяет определять общую щелочность в питьевой и сточной воде, а также при химводоподготовке для котельных агрегатов.

Известны способы и устройства для определения общей щелочности в анализируемых растворах (см. патент Японии N 2-256464, кл. G 01N 33/84, 21/80, 33/72, 04.06.90, патент Японии N 1-17109, кл. G 01N 33/30, 29.03.89, патент Японии N 2-25143, кл. G 01N 27/4116, 31.052.90, а.с. СССР N 464810, кл. G 01N 27/416, оп. 25.03.75).

Из известных измерителей общей щелочности в анализируемых растворах наиболее близким по технической сущности к изобретению является "pH-метр", описанный в а.с. СССР N 464810, кл. G 01N 27/416, оп. 25.03.75, содержащий датчик ЭДС, измерительную мостовую электрическую схему, в два противоположных плеча которой включен сдвоенный полевой транзистор, затворы которого соединены с электродами датчика ЭДС, термокомпенсатор, усилитель, потенциометр с двигателем и регулирующий прибор.

Технической задачей настоящего изобретения является определение общей щелочности в растворе с помощью проточной трехэлектродной потенциометрической ячейки с измерительным электродом для определения pH, ионоселективным электродом для определения pCO₃ и вспомогательным электродом с последующим вычислением с помощью сумматора-вычислителя общей щелочности в мг-экв/л в исследуемом растворе.

Технический результат выражается в расширении возможности pH-метра.

Это достигается тем, что измеритель общей щелочности в растворе содержит потенциометрическую ячейку с анализируемым раствором, измерительный электрод для определения pH и вспомогательный электрод, причем ячейка выполнена проточной и содержит ионоселективный электрод для определения pCO₃, измеритель снабжен блоком измерения pH, блоком измерения pCO₃, аналого-цифровым преобразователем, вычислителем концентрации гидроксильных ионов OH^-, вычислителем концентрации карбонатных ионов CO²₃^-, вычислителем концентрации бикарбонатных ионов HCO^-₃, сумматором-вычислителем общей щелочности и цифроаналоговым преобразователем, при этом ячейка соединена с блоком измерения pH и блоком измерения pCO₃, которые соединены с аналого-цифровым преобразователем, соединенным с вычислителем концентрации гидроксильных ионов OH^- и вычислителем концентрации карбонатных ионов CO²₃^-, соединенным, в свою очередь, с вычислителем концентрации бикарбонатных ионов HCO^-₃, вычислитель концентрации гидроксильных ионов OH^-, вычислитель концентрации карбонатных ионов CO²₃^- и вычислитель концентрации бикарбонатных ионов HCO^-₃ соединены с сумматором-вычислителем общей щелочности, который соединен с цифроаналоговым преобразователем.

Измеритель общей щелочности в растворе содержит (см. чертеж) проточную потенциометрическую ячейку 9 с анализируемым раствором 13, измерительный электрод 10 для определения pH, вспомогательный электрод 11, ионоселективный электрод 12 для определения pCO₃, блок 1 измерения pH, блок 2 измерения pCO₃, аналого-цифровой преобразователь 3, вычислитель 4 концентрации гидроксильных ионов OH^-, вычислитель 5 концентрации карбонатных ионов CO²₃^-, вычислитель 6 концентрации бикарбонатных ионов HCO^-₃, сумматор-вычислитель общей щелочности 7 и цифроаналоговый преобразователь 8.

В соответствии с [1] общая щелочность M воды M = [OH^-] + [CO²₃^-] + [HCO^-₃], где [OH^-] концентрация гидроксильных ионов OH^- в г-ион/л; [CO²₃^-] концентрация карбонатных ионов CO²₃^- в г-ион/л; [HCO₃^2-] концентрация бикарбонатных ионов HCO^-₃ в г-ион/л.

Из уравнения ионного произведения воды в [1] f_OH·[OH^-](H⁺)=K_W и с учетом формулы определяют концентрацию гидроксильных ионов OH^- в мг-экв/л, т.е.

где K_W константа (ионное произведение воды), [1] стр. 16;
μ константа (ионная сила воды) в расчетах, связанных с водоподготовкой, m < 0,01 [1] стр. 14.

Затем измеряют величину pCO₃ и определяют концентрацию карбонатных ионов в мг-экв/л, т.е. из определяют
Согласно формуле (1,38) из [1] концентрация бикарбонатных ионов в мг-экв/л вычисляется по формуле

где K₂ константа диссоциации угольной кислоты второй ступени [1] стр. 18.

Таким образом, общая щелочность M в мг-экв/л определяется формулой

где K_W, μ, K₂ константы;
pH и pCO₃ определяют потенциометрическим методом [2,3,4] блоками измерения 1 и 2 (см. чертеж), имеющими температурную компенсацию.

Измеритель общей щелочности в растворе работает следующим образом.

Электрический аналоговый сигнал, пропорциональный значениям pH и pCO₃ с блоков 1 и 2 соответственно, подают на аналого-цифровой преобразователь 3 (см. чертеж), на выходе которого получают электрический сигнал в цифровом коде, пропорциональный значениям pH и pCO₃ соответственно.

С выхода аналого-цифрового преобразователя 3 электрический сигнал подают на вычислитель 4 по формуле (1) и вычислитель 5 по формуле (2), с которого электрический сигнал в цифровом коде, пропорциональный концентрации карбонатных ионов CO²₃^-, подают на вычислитель 6 по формуле (3), после чего электрические сигналы в цифровом коде, пропорциональные соответственно концентрации гидроксильных ионов OH^- с блока 4, концентрации карбонатных ионов CO²₃^- с блока 5 и концентрации бикарбонатных ионов HCO^-₃ с блока 6, подают на сумматор-вычислитель 7 по формуле (4), с которого электрический сигнал в цифровом коде, пропорциональный общей щелочности, подают на цифроаналоговый преобразователь 8, на выходе которого формируют стандартный электрический аналоговый сигнал, пропорциональный общей щелочности M в мг-экв/л в анализируемом растворе.

Аналого-цифровой преобразователь 3 может быть выполнен на микросхеме [3] стр. 439, вычислитель 4 (см. чертеж) моет быть выполнен на микросхеме [3] стр. 187, вычислитель 5 также может быть выполнен на микросхеме [3] стр. 187, вычислитель 6 также выполнен на микросхеме [3] стр. 187, сумматор-вычислитель 7 также выполнен на микросхеме [3] стр. 187 и цифроаналоговый преобразователь 8 также может быть выполнен на микросхеме [3] стр. 465.

Литература.

1. Очистка природных вод. Клячко В.А. Апельцин И.Э. Москва, 1971 г. стр. 16, 30-32.

2. Патент БПВ N 0288724, кл. G 01N 27/30, 27/26, 02.11.88.

3. Интегральные микросхемы, справочник. Москва, "Энергоатомиздат", 1985 г. стр. 439, 465, 519, 187.

4. Количественный анализ. Алексеев В.Н. Москва, "Госхимиздат", 1963 г. стр. 495-496.

Формула изобретения

Измеритель общей щелочности в растворе, содержащий потенциометрическую ячейку с анализируемым раствором, измерительный электрод для определения pН и вспомогательный электрод, отличающийся тем, что ячейка выполнена проточной и содержит ионоселективный электрод для определения pСО₃, измеритель снабжен блоком измерения pН, блоком измерения pСО₃, аналого-цифровым преобразователем, вычислителем концентрации гидроксильных ионов ОН^-, вычислителем концентриции карбонатных ионов CO²₃^-, вычислителем концентрации бикарбонатных ионов HCO^-₃, сумматором-вычислителем общей щелочности и цифроаналоговым преобразователем, при этом ячейка соединена с блоком измерения pН и блоком измерения pСО₃, которые соединены с аналого-цифровым преобразователем, соединенным с вычислителем концентрации гидроксильных ионов ОН^- и вычислителем концентрации карбонатных ионов CO²₃^-, соединенным в свою очередь с вычислителем концентрации бикарбонатных ионов HCO^-₃, вычислитель концентрации гидроксильных ионов OH^-, вычислитель концентрации карбонатных ионов CO²₃^-, и вычислитель концентрации бикарбонатных ионов HCO^-₃, соединены с сумматором-вычислителем общей щелочности, который соединен с цифроаналоговым преобразователем.