Способ определения концентрации октадециламина в водном теплоносителе и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к способу и устройству для определения концентрации органических веществ в растворах. Способ определения концентрации октадециламина в водном теплоносителе заключается в циклической поляризации платинового индикаторного электрода в трехэлектродной электрохимичекой ячейке в водном растворе электролита от значения катодного тока начала выделения водорода до значения анодного тока начала выделения кислорода, при этом используют мобильный индикаторный электрод, причем сначала измеряют параметр адсорбции кислорода индикаторного электрода в фоновом растворе электролита, затем переносят индикаторный электрод в водный теплоноситель для адсорбции октадециламина на его поверхности, затем вновь определяют параметр адсорбции кислорода в ячейке в фоновом растворе электролита, наконец определяют концентрацию октадециламина по разнице в измерениях параметра адсорбции кислорода до и после контакта электрода с водным теплоносителем, содержащим октадециламин. Устройство для определения концентрации октадециламина в водном теплоносителе включает электронный поляризатор, трехэлектродную электрохимическую ячейку с индикаторным электродом, при этом индикаторный электрод выполнен мобильным и электронный поляризатор содержит счетчик количества электричества, равного площади под пиком пика восстановления кислорода на вольт-амперной кривой индикаторного электрода. 2 с. и 5 з.п.ф-лы, 2 ил.

Способ и устройство относятся к физико-химическим методам и средствам для определения органических веществ в растворах и могут быть использованы для экспресс-определения концентрации поверхностно- активных веществ, в частности октадециламина, в водном теплоносителе на тепловых и атомных электростанциях, где он применяется в качестве пленкообразующего ингибитора для защиты тепловой энергетической арматуры от процессов коррозии и эрозии.

Известен способ фотометрического определения концентрации октадециламина в пробе теплоносителя [1]. Способ основан на экстрагировании дихлорэтаном продукта реакции октадециламина с индикатором метиловым оранжевым, который затем фотометрируют.

Известный способ, однако, требует обязательного отбора пробы, затрат времени (более 15 мин), применения токсичных реагентов и специального оборудования для фотометрирования и экстрагирования, т.е. применим лишь для лабораторных условий.

Наиболее близким к предлагаемому является электрохимический способ определения органических примесей, например октадециламина (ОДА) в растворе электролита [2] . Способ основан на циклической поляризации платинового индикаторного электрода в трехэлектродной электрохимической ячейке в сернокислом растворе электролита. При этом индикаторный электрод циклически поляризуют с постоянной скоростью сканирования потенциала между значениями катодного и анодного пределами тока, либо потенциала, при котором на электроде начинают образовываться соответственно водород и кислород. О содержании ОДА в пробе судят по изменению измеренного значения параметра адсорбции кислорода индикаторного электрода в растворе электролита, приготовленного на основе пробы воды с ОДА, по сравнению с аналогичным значением в фоновом электролите.

Устройство для осуществления известного способа состоит из трехэлектродной электрохимической ячейки на основе стационарного индикаторного электрода и электронного поляризатора, который осуществляет его циклическую поляризацию и фиксирует изменение параметра адсорбции кислорода электрода после введения в ячейку пробы с ОДА.

Известные способ и устройство не позволяют, однако, получать воспроизводимые результаты измерений, т.к. введенный в электрохимическую ячейку ОДА очень трудно десорбируется с поверхности индикаторного электрода, вспомогательного электрода, а также самой ячейки, тем самым влияя на достоверность последующих измерений. Кроме того, адсорбционные параметры электрода зависят от температуры и времени контакта с пробой, что в данном способе трудно зафиксировать. Это снижает точность измерений и практическую ценность способа.

Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в повышении воспроизводимости и точности определения концентрации октадециламина (ОДА) в водном теплоносителе.

Поставленная задача решается тем, что для определения концентрации октадециламина в водном теплоносителе используется мобильный индикаторный электрод. При этом, сначала измеряют параметр адсорбции кислорода индикаторного электрода в фоновом растворе электролита, затем переносят индикаторный электрод в водный теплоноситель для адсорбции октадециламина на его поверхности, затем вновь определяют параметр адсорбции кислорода в ячейке в фоновом растворе электролита, наконец определяют концентрацию октадециламина по разнице в измерениях параметра адсорбции кислорода до и после контакта электрода с водным теплоносителем. При этом используют предварительно построенную тарировочную зависимость измеренного снижения параметра адсорбции от объемной концентрации ОДА в водном теплоносителе.

Технический эффект от реализации изобретения заключается в создании на его основе портативного устройства для экспресс- определения концентрации ОДА в водном теплоносителе без использования токсичных реагентов. При определении других органических веществ в пробе воды меняется лишь тарировочная зависимость. Данное устройство позволяет также определять относительную эффективность защитных свойств различных видов поверхностно-активных веществ, т.к. его принцип основан на измерении их адсорбционных характеристик.

На фиг. 1 показаны элементы устройства и последовательность операций при реализации изобретения; на фиг. 2 показана тарировочная зависимость для определения концентрации ОДА в водном теплоносителе.

Устройство состоит из электронного поляризатора А (фиг. 1), обеспечивающего программируемую циклическую поляризацию, трехэлектродной измерительной ячейки Б, включающей мобильный индикаторный электрод В.

Последовательность операций для реализации изобретения включает (фиг. 1): 1. определение параметра адсорбции кислорода индикаторного электрода в процессе его циклической поляризации, при этом в качестве параметра адсорбции используют количество электричества под пиком восстановления кислорода на вольт-амперной кривой S₀, отключение ячейки в момент переключения направления поляризации с анодной на катодную; 2. перенос мобильного индикаторного электрода в водный теплоноситель и выдержку в течение определенного времени и температуры; 3. перенос мобильного электрода обратно в ячейку и повторное измерение параметра адсорбции - S₁, при этом, поляризацию электрода начинают от значения стационарного потенциала электрода в растворе фона в сторону анодных значений потенциала, а параметр адсорбции измеряют на первом, либо втором цикле; 4. вычисление снижения параметра адсорбции ΔS = S₀-S₁ по сравнению с измерениями в фоне. В качестве точки отсчета можно использовать аналогичные измерения на пробе водного теплоносителя без ОДА. По предварительно построенной тарировочной кривой (фиг. 2) определяют концентрацию ОДА.

Сущность заявляемого изобретения основана на свойстве октадециламина хорошо адсорбироваться на поверхности платинового электрода в период его контакта с водным теплоносителем и плохо десорбироваться с поверхности электрода в измерительной ячейке, где определяется параметр адсорбции кислорода, который ОДА вытесняет при их конкурентной адсорбции на платиновом электроде. При этом количество адсорбированного ОДА, с одной стороны связано изотермой адсорбции с его объемной концентрацией в водном теплоносителе, а с другой стороны, пропорционально снижению параметра адсорбции кислорода электрода S, измеренного в ячейке после проведения адсорбции.

Процесс установления равновесия между поверхностной концентрацией ОДА на электроде и его объемной концентрацией длителен, поэтому для практических измерений продолжительность контакта электрода с пробой зафиксирована. Таким образом, практически используется квазистационарная изотерма адсорбции.

Температура процесса адсорбции - температура кипения пробы определяется исходя из максимальной растворимости ОДА в этих условиях и удобством таким образом фиксирования температуры.

Пример. Для ингибирования процессов коррозии и эрозии на атомных и тепловых станциях используют технологию дозирования ОДА в водный теплоноситель. При этом возникает потребность в экспресс-определении концентрации ОДА в водном теплоносителе, как в период дозирования, так и в период последующей эксплуатации.

Для экспресс-определения концентрации ОДА использовали устройство для поляризации и измерения параметров адсорбции кислорода, также трехэлектродную ячейку с мобильным индикаторным платиновым электродом площадью 2 мм². Электрод располагался в торце стеклянной запаянной трубки и фиксировался на крышке ячейки. Фоновым раствором электролита служил 005 М H₂SO₄. В качестве вспомогательного электрода использовали платинированный титан, а электрода сравнения - окиснортутный электрод. Анодный предел сканирования потенциала составлял I⁺= 1,1 мА, а катодный I^-= -0,6 мА. Продолжительность адсорбции ОДА в теплоносителе составляла 60 с при кипящей пробе.

Теплоноситель представлял собой химически очищенную от примесей воду со следующими параметрами: содержание примесей (мг-экв/л) : NaCl=5, SiO^-₂²= 0,1; ; жесткость 1; pH= 9,1; уд. электропроводность 2 мкСм/см.

Для определения тарировочной кривой готовили пробы теплоносителя с концентрацией ОДА: 0,5, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 мг/л, а также на водном теплоносителе без ОДА. Для подготовки электрода к следующим измерениям он кипятился в чистой воде.

Точные концентрации ОДА определяли фотометрически [1]. Полученная тарировочная кривая представлена на фиг. 2, и имеет три характерных участка, определяющих область малых, средних и предельных заполнений.

Портативный прибор - анализатор использовали для определения концентрации ОДА в пробе водного теплоносителя при проведении консервации энергетического оборудования на тепловых станциях. Рабочим измерительным участком использовали область средних заполнений, т.е. прямолинейный участок тарировочной кривой. При попадании полученных значений параметра адсорбции в область предельных заполнений, проба разбавлялась, а при попадании в область малых заполнений увеличивали продолжительность процесса адсорбции.

Для проведения измерений не обязателен отбор пробы, возможно проведение адсорбции путем переноса мобильного индикаторного электрода непосредственно к пробоотборнику. Статистическая обработка результатов измерений, основанная на выборке их 50 точек, показала, что максимальная ошибка измерений по сравнению с арбитражным методам составляет (ΔСода/Сода)·100% = 2,5% . .

Список используемых источников.

1. Ашев П.С. Методика фотометрического определения октадециламина (ОДА) в водном теплоносителе энергетических объектов. Труды МЭИ. Вып. 466. Москва. 1980 г.

2. Патент РФ N 1723513, кл. G 01 N 27/48, опубл. 30.03.92.

Формула изобретения

1. Способ определения концентрации октадециламина в водном теплоносителе, заключающийся в циклической поляризации платинового индикаторного электрода в трехэлектродной электрохимической ячейке в водном растворе электролита от значения катодного тока начала выделения водорода до значения анодного тока нначала выделения кислорода, отличающийся тем, что используют мобильный индикаторный электрод, при этом сначала измеряют параметр адсорбции кислорода индикаторного электрода в фоновом растворе электролита, затем переносят индикаторный электрод в водный теплоноситель для адсорбции октадециламина на его поверхности, затем вновь определяют параметр адсорбции кислорода в ячейке в фоновом растворе электролита, наконец определяют концентрацию октадециламина по разнице в измерениях парметра адсорбции кислорода до и после контакта электрода с водным теплоносителем, содержащим октадециламин.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что после измерения фонового значения параметра адсорбции кислорода отключение ячейки производят при потенциале переключения направления циклической поляризации с анодной на катодную, лишь затем переносят мобильный индикаторный электрод для адсорбции в водный теплоноситель.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что поляризацию индикаторного электрода после адсорбции октадециламина начинают от значения его стационарного потенциала в растворе фона в анодную область потенциалов, затем измеряют параметр адсорбции кислорода на первом либо втором цикле циклической поляризации.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве параметра адсорбции используют количество электричества, равное площади под пиком восстановления кислорода на циклической вольт-амперной кривой индикаторного электрода.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что адсорбцию октадециламина проводят при фиксированных значениях времени контакта индикаторного электрода с пробой теплоносителя, при этом пробу доводят до кипения.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что поверхность индикаторного электрода после измерений очищают от октадециламина путем его кипячения в чистой воде.

7. Устройство для определения концентрации октадециламина в водном теплоносителе, включающее электронный поляризатор, трехэлектродную электрохимическую ячейку с индикаторным электродом, отличающееся тем, что индикаторный электрод выполнен мобильным и электронный поляризатор содержит счетчик количества электричества, равного площади под пиком пика восстановления кислорода на вольт-амперной кривой индикаторного электрода.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2