Устройство для электрохимических измерений (варианты)

 

Изобретение относится к области электрохимических измерений, а именно к устройству для электрохимических измерений (варианты). Устройство для электрохимических измерений содержит измерительную камеру, включающую рабочий электрод, вспомогательный электрод и электрод сравнения, кроме того, устройство снабжено подающим и приемным барабанами, приводом и токосъемом, рабочий электрод выполнен гибким с обновляемой рабочей поверхностью, измерительная камера выполнена проточной щелевой и оснащена плавающими валиками, огибаемыми петлеобразно гибким рабочим электродом, подаваемым пошагово в щель измерительной камеры посредством элементов, обеспечивающих пошаговое перемещение гибкого рабочего электрода и сигнализирующих об израсходовании или обрыве последнего, при этом гибкий рабочий электрод, вспомогательный электрод и токосъем изготовлены из инертного по отношению к анализируемому раствору материала. Устройство для электрохимических измерений содержит измерительную камеру, включающую рабочий электрод, вспомогательный электрод и электрод сравнения, кроме того, устройство снабжено подающим и приемным барабанами, приводом и токосъемом, рабочий электрод выполнен гибким с обновляемой рабочей поверхностью, измерительная камера выполнена непроточной заданного объема и оснащена перемешивающим механизмом, в которую введен гибкий рабочий электрод, устройство содержит элементы, обеспечивающие пошаговое перемещение гибкого рабочего электрода и сигнализирующие об израсходовании или обрыве последнего, при этом гибкий рабочий электрод, вспомогательный электрод и токосъем изготовлены из инертного по отношению к анализируемому раствору материала. 2 с.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к электрохимическим измерениям, а именно к вольтамперометрическому анализу состава раствора, и может использоваться в химической, металлургической, пищевой промышленности, экологии, в частности, для контроля состава природных и сточных вод.

Известны устройства для проведения лабораторного анализа растворов вольтамперометрическим методом, где в качестве рабочего электрода используется ртутный капельный электрод [1] Недостатками таких устройств является высокая точность металлической ртути, сложность автоматизации таких устройств для проточного анализа, необходимость регенерации и утилизации отработанной ртути.

Известны устройства, в которых используются рабочие электроды из платины или других металлов [2] Недостатком таких устройств является возможность их использования для определения лишь узкого круга элементов, что обусловлено низким перенапряжением водорода и электрохимическим растворением металла, что ограничивает рабочую область электрода; пассивация или другие изменения поверхности электрода приводят к необходимости механической регенерации его поверхности, что удлиняет анализ и делает невозможным проведение анализа в автоматическом режиме.

Известны устройства, где рабочие электроды изготовлены из графитового материала, пропитанного полимерными наполнителями [3] Недостатком таких устройств является необходимость механической зачистки поверхности электрода между анализами, что исключает возможность выполнения анализа в автоматическом режиме.

Наиболее близким к изобретению является устройство для электрохимических исследований, содержащее измерительную камеру, включающую рабочий электрод, вспомогательный электрод сравнения [4] Недостатком данного устройства является пассивация или иные изменения поверхности электродов, вследствие чего необходима регенерация поверхности электродов, что, в свою очередь, осложняет осуществление электрохимических измерений и делает невозможным проведение вольамперометрического анализа в автоматическом режиме.

Цель снижение предела обнаружения, расширение круга определяемых элементов, обеспечение возможности измерений в автоматическом режиме при проведении анализа в потоке и разовых измерений концентрации элементов в заданном объеме анализируемого раствора, снижение расхода материала гибкого рабочего электрода и исключение выноса анализируемого раствора из измерительной камеры, повышение точности измерений.

Это достигается следующим: пошаговым, автоматически регулируемыми перемещением гибкого рабочего электрода, что дает возможность осуществлять накопление определяемого вещества на поверхности электрода в процессе измерения, тем самым понизить предел обнаружения определяемых элементов в 1000 10000 раз; организацией протока или перемешивания раствора, что также приводит к понижению предела обнаружения элементов; использованием вспомогательного и гибкого рабочего электродов, изготовленных из материалов, инертных по отношению к анализируемому раствору, например, из графита и углеродной нити, что расширяет круг определяемых элементов и устраняет погрешности, связанные с измерением состава раствора в процессе измерения; введением в устройство электрода сравнения, что позволяет в потенциостатическом режиме поддерживать заданный потенциал рабочего электрода и, как следствие, повысить точность измерения.

Плавающие валики, расположенные в измерительной камере, которые петлеобразно огибают гибкий рабочий электрод, при протяжке последнего автоматически прижимаются друг к другу и осушают гибкий рабочий электрод, предотвращая вынос анализируемого раствора из измерительной камеры. Элементы пошагового перемещения снижают расход материала гибкого рабочего электрода. Наличие в устройстве проточной щелевой измерительной камеры, гибкого рабочего электрода, привода, элементов, обеспечивающих пошаговое перемещение гибкого рабочего электрода и сигнализирующих об его израсходовании или обрыве, позволяют использовать предлагаемое устройство в автоматизированных измерениях.

На фиг. 1 представлен общий вид устройства для электрохимических измерений; на фиг. 2 сечение А-А на фиг. 1 (по первому варианту); на фиг. 3 сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 представлена измерительная непроточная камера для проведения разовых измерений (по второму варианту).

Устройство для электрохимических измерений (фиг. 1) содержит плиту 1, изготовленную из электроизоляционного, конструкционного материала, например, из полистирола. На плите 1 установлен привод 2 (фиг. 2), представляющий из себя электродвигатель с редуктором, на выходном валу привода закреплен приемный барабан 3. Подающий барабан 4, направляющие ролики 5 и сигнальные флажки 6 установлены на плите 1 на осях. Измерительная камера 7 (фиг. 2) (по первому варианту) представляет из себя щелевую полость, образованную стенками камеры 7 и стенками вкладыша 8 (фиг. 2). Измерительная камера оснащена входным и выходным отверстиями, входное отверстие находится на дне камеры и имеет сечение меньше сечения выходного отверстия, находящегося выше входного. Такое расположение входного и выходного отверстий обеспечивает постоянный уровень анализируемого раствора в измерительной камере 7 при его протоке. В стенках измерительной камеры 7 установлены вспомогательный электрод 9 (фиг. 2), изготовленный из материала инертного по отношению к анализируемому раствору, например, из графита, и электрод сравнения 10 (фиг. 2). В полость измерительной камеры 7 на уровне выше входного отверстия, но ниже выходного отверстия вводится гибкий рабочий электрод 11 (фиг. 1), изготовленный из материала, инертного по отношению к анализируемому раствору, например из углеродной нити. Гибкий рабочий электрод 11 в измерительной камере 7 петлеобразно огибает плавающие валики 12 (Фиг. 1), вложенные в пазы вкладыша 8 и предварительно поджимается между валиками 12 плоской пружиной 13 (фиг. 1). На принимающем барабане 3 (фиг. 1) с заданным шагом, определяемым длиной гибкого рабочего электрода 11 (фиг. 1), вводимого пошагово в измерительную камеру 7 (фиг. 2), и на сигнальных флажках 6 установлены светоотражающие пластины 14 (фиг. 3), находящиеся в фокусе оптопар, которые представляют из себя источник света 15 (фиг. 3), например светодиод, и приемник света 16 (фиг. 3), например фотодиод. На плите 1 (фиг. 1) установлен токосъем 17 (фиг. 1), изготовленный из материала, незагрязняющего гибкий рабочий электрод 11 (Фиг. 1), например стеклоуглерода.

На фиг. 4 показана непроточная измерительная камера (по второму варианту) для проведения разовых измерений в заданном объеме анализируемого раствора. Измерительная камера состоит из стакана 1 и крышки 2; в стенках стакана 1 установлены электроды, вспомогательный 3 и сравнения 4, в крышке 2 расположены пазы для ввода гибкого рабочего электрода 5. Измерительная камера оснащена перемешивающим механизмом, состоящим из стержня 6, изготовленного из магнитного материала и покрытого инертным по отношению к анализируемому раствору материалом, например полистиролом. В нижней части стакана 1 установлен привод 7, представляющий собой электродвигатель с закрепленным на его валу постоянным магнитом.

Устройство для электрохимических измерений работает следующим образом.

Управляющий сигнал с вторичной аппаратуры включает привод 2 (фиг. 2), приемный барабан 3 (фиг. 1), вращаясь, наматывает на себя гибкий рабочий электрод 11 (фиг. 1) или 5 (фиг. 4). Часть гибкого рабочего электрода, подлежащая замене, выходит из измерительной камеры через заданный угол поворота приемного барабана 3 (фиг. 1), светоотражающая пластина 14 (фиг. 3), установленная на приемном барабане, попадает в фокус оптопары (источник света 15 и приемник света 16 (фиг. 3)). Сигнал с приемника света подается на вторичную (управляющую и измерительную) аппаратуру, которая отключает привод 2 (фиг. 2). В заданное время через измерительную камеру подается анализируемый раствор, в это время происходит накопление определяемого элемента на неподвижном гибком рабочем электроде, после чего производится измерение. Затем цикл повторяется.

В случае обрыва или израсходования гибкого рабочего электрода сигнальные флажки 6 (фиг. 1) принимают вертикальное положение благодаря тому, что центр тяжести смещается относительно оси. Светоотражающая пластина 14 (фиг. 3) выходит из фокуса источника света 15 (фиг. 3) и приемника света 16 (фиг. 3). Сигнал с приемника света 16 (Фиг. 3) подается на вторичную аппаратуру, которая отмечает аварийную ситуацию.

При проведении разовых измерений в заданном объеме анализируемого раствора устройство (по второму варианту) снабжено сменной камерой заданного объема (фиг. 4), оснащенной перемешивающим устройством. В этом случае устройство работает аналогично описанному выше. Отличие заключается в том, что заданный объем анализируемого раствора помещается в измерительную камеру, при установке измерительной камеры в устройство гибкий рабочий электрод 11 (фиг. 1), который на фиг. 4 обозначен цифрой 5, через пазы в крышке 2 (фиг. 4) погружается в анализируемый раствор. Вторичная (управляющая и измерительная) аппаратура включает привод перемешивающего устройства 7 (фиг. 4). Заданное время анализируемый раствор активно омывает гибкий рабочий электрод 5 (фиг. 4), после чего перемешивающее устройство отключается и производится измерение. Для следующего измерения гибкий рабочий электрод перемещается на заданный шаг также, как в предыдущем случае.

Предлагаемое устройство для электрохимических измерений обеспечивает в потенциостатическом режиме заданный потенциал рабочего электрода, что повышает точность измерения.

Накопление определяемого вещества на поверхности неподвижного гибкого рабочего электрода, активно омываемого анализируемым раствором, снижает предел обнаружения определяемых элементов. Использование вспомогательного и гибкого рабочего электродов, изготовленных из материалов, инертных по отношению к анализируемому раствору, позволяет устранить погрешности, связанные с изменением состава анализируемого раствора, и расширить круг определяемых элементов. Не происходит вынос анализируемого раствора из измерительной камеры гибким рабочим электродом, т.к. последний осушается плавающими валиками. Наличие в устройстве гибкого рабочего электрода, привода, элементов, обеспечивающих пошаговое перемещение гибкого рабочего электрода и сигнализирующих об его израсходовании или обрыве, позволяет автоматизировать измерения.

Литература 1. Гейровский Я. Кута Я. Основы полярографии. М. Мир, 1965.

2. Делимарский Ю. К. Городыский А. В. Электродные процессы и методы исследования в полярографии. Киев: АН УССР, 1960.

3. Брайнина Х. З. Нейман Е. Я. Твердофазные реакции в электроаналитической химии. М. Химия, 1982.

4. SU, авторское свидетельство N 208324, кл. G 01 N 27/128, 29.12.67.

Формула изобретения

1. Устройство для электрохимических измерений, содержащее измерительную камеру, включающую рабочий электрод, вспомогательный электрод и электрод сравнения, отличающееся тем, что устройство снабжено подающим и приемным барабанами, приводом и токосъемом, рабочий электрод выполнен гибким с обновляемой рабочей поверхностью, измерительная камера проточной щелевой и оснащена плавающими валиками, огибаемыми петлеобразно гибким рабочим электродом, подаваемым пошагово в щель измерительной камеры посредством элементов, обеспечивающих пошаговое перемещение гибкого рабочего электрода и сигнализирующих об израсходовании или обрыве последнего, при этом гибкий рабочий электрод, вспомогательный электрод и токосъем изготовлены из инертного по отношению к анализируемому раствору материала.

2. Устройство для электрохимических измерений, содержащее измерительную камеру, включающую рабочий электрод, вспомогательный электрод и электрод сравнения, отличающееся тем, что устройство снабжено подающим и приемным барабанами, приводом и токосъемом, рабочий электрод выполнен гибким с обновляемой рабочей поверхностью, измерительная камера непроточной заданного объема и оснащена перемешивающим механизмом и в нее введен гибкий рабочий электрод, устройство содержит элементы, обеспечивающие пошаговое перемещение гибкого рабочего электрода и сигнализирующие об израсходовании или обрыве последнего, при этом гибкий рабочий электрод, вспомогательный электрод и токосъем изготовлены из инертного по отношению к анализироемому раствору материала.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4