Способ определения содержания анионов в растворах и влагосодержащих продуктах



Способ определения содержания анионов в растворах и влагосодержащих продуктах
Способ определения содержания анионов в растворах и влагосодержащих продуктах
Способ определения содержания анионов в растворах и влагосодержащих продуктах

 


Владельцы патента RU 2533331:

Открытое акционерное общество "Экологические Технологии" (RU)

Изобретение может быть использовано в сельском хозяйстве, медицине, биологии, пищевой и химической промышленности. Способ определения содержания анионов в растворах и влагосодержащих продуктах осуществляется в электрохимической ячейке при прохождении через нее переменного тока. Измерение проводится при частоте переменного тока от 0,1 Гц до 100 кГц. В качестве параметра измерения используется возникновение сдвига фаз между ЭДС и электрическим током при пропускании тока через электрохимическую ячейку. Время определения - не более 0,5 минуты. Способ характеризуется высокой точностью измерения. 3 пр., 1 табл., 3 ил.

 

Изобретение относится к измерению содержания анионов в объектах, имеющих отношение к сельскому хозяйству, медицине, биологии, пищевой и химической промышленности, а именно: в растворах и влагосодержащих продуктах.

Известен способ как совместного, так и отдельного, определения концентрации анионов с использованием как отдельных, так и комбинированных, ион-селективных электродов и электрода сравнения, подключенных к высокоточному потенциометру и электронно-вычислительному комплексу. Одновременное определение анионов производится помещением электродов или сборки электродов в жидкий образец или в жидкий экстракт твердого образца, измерением потенциала селективных электродов относительно электрода сравнения и нахождением концентрации соответствующего иона по калибровочным зависимостям (EU 0450473 А2, G01N 27/416 арр. num. 91104823.9, US 4655899, G01N 27/46, US 4613421, G01N 27/28, US 4059499, G01N 27/30).

Недостатками этого способа измерения являются нестабильность показаний ион-селективных электродов и необходимость калибровки ион-селективных электродов отдельно для каждого определяемого иона.

Известен способ измерения концентрации нитрат-ионов с использованием биосенсора, состоящего из системы электродов с нанесенной на них нитрат-редуктазой, которая селективно изменяет потенциал при наличии в исследуемом образце нитрат-ионов. При этом измерение потенциала производится высокоточным потенциометром, нахождение концентрации нитрат-ионов происходит по соответствующим калибровочным зависимостям (WO 2005/119237 А1, кл. B01J 31/12, 04.09.2003).

Недостатками этого способа измерения являются сложность стабилизации фермента на поверхности электрода, высокая чувствительность фермента к кислороду воздуха и невозможность повторного использования биосенсора.

Известен способ исследования биопродуктов с помощью зонда. Содержание анионов определяется по формуле, связывающей величину напряжения на зонде при отсутствии влияния на него среды, содержащей определяемые ионы, высокочастотного сигнала на входе зонда, величину напряжения на входе зонда при подаче высокочастотного сигнала, но при отсутствии исследуемой среды, величину напряжения на входе зонда при подаче высокочастотного сигнала и при наличии исследуемой среды. (RU 2009114618/28, G01N 27/416).

Недостатками этого способа получения являются низкая селективность метода к определяемым анионам и необходимость калибровки каждого вида биопродуктов по отдельным ионам.

Прототипом заявляемого изобретения является способ определения содержания анионов в биопродуктах, основанный на измерении проводимости, соответствующей концентрации ионов, с помощью емкостной ячейки переменного тока частотой от 10 кГц до 105 кГц. Предварительно подбирают схему замещения исследуемой среды по ее проводимости при нормальной концентрации ионов в среде. После чего на ячейку с установленной в ней схемой замещения подают напряжение увеличивающейся частоты. Ячейку заполняют исследуемой средой и проводят измерение, концентрацию определяемого иона устанавливают на основе предварительно установленной корреляционной зависимости (RU 2073854 C1, WO 2008156320, кл. B01J 23/745, 24/12/2008).

Основными недостатками прототипа являются низкая чувствительность метода, невысокая селективность к отдельным ионам.

Задачей изобретения является создание нового способа определения концентрации различных ионов в растворах и влагосодержащих продуктах, обеспечивающего повышение точности проводимых измерений.

Технический результат изобретения - повышение точности измерения концентрации ионов в растворах и влагосодержащих продуктах в 2-3 раза по сравнению с известными способами.

Поставленная задача и указанный технический результат достигаются тем, что в способе определения содержания анионов в растворах и влагосодержащих продуктах измерение проводится в электрохимической ячейке при прохождении через нее переменного тока частотой от 0,1 Гц до 100 кГц, а в качестве параметра измерения используется возникновение сдвига фаз между ЭДС и электрическим током при пропускании тока через емкостную ячейку.

Изобретение поясняется графическими материалами и таблицами.

Фиг.1. Сдвиг фаз между ЭДС и электрическим током при пропускании переменного тока через исследуемый образец.

Фиг.2. Схема потенциостата с анализатором частотного отклика и генератором.

Фиг.3. Калибровочный график для определения нитрат-ионов в свекле.

Таблица 1. Определение содержания нитрат-ионов в образцах продуктов сельского хозяйства известным способом и заявляемым.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Вследствие наличия в электрохимической цепи реактивной составляющей, связанной с поляризацией ионов на поверхности измерительного электрода, при пропускании тока через емкостную ячейку возникает сдвиг фаз между ЭДС и электрическим током (фазовый сдвиг) (Impedance Spectroscopy. Theory. Experiment, and. Applications. Second Edition. Edited by. Evgenij Barsoukov. J.Ross Macdonald. A. John Wiley, Inc., 2000, Фиг.1).

Этот параметр был использован нами при разработке нового способа определения содержания ионов в растворах и влагосодержащих продуктах.

Нами также установлено, что оптимальные частоты тока для определения находятся в диапазоне от 0,1 Гц до 100 кГц. При дальнейшем увеличении частоты фазовый сдвиг равен нулю вне зависимости от частоты и содержания ионов.

Нижняя граница измерений обусловлена двумя факторами. Во-первых, техническим фактором, а именно: ограниченностью частотных генераторов создавать подобные частоты, во-вторых, возможностью возникновения в низкочастотной области электролиза и поляризации электрода. В принципе, в низкочастотной области по этой причине нет фазового сдвига.

Для проведения исследований использовалась установка, схема которой представлена на Фиг.2.

Переменный сигнал от генератора Г подается на электрохимическую ячейку с исследуемым объектом (Образец) через суммирующий усилитель U3. Переменный ток, протекая через исследуемый образец, создает на нем переменную разность потенциалов, а также на включенном последовательно с ним эталонном сопротивлении Кэт. Последнее служит для измерения тока, протекающего через образец. Усилители U1 и U2 с высоким входным импедансом усиливают сигналы напряжения и тока на образце, соответственно. Далее один из этих сигналов подается на второй вход выходного усилителя для создания обратной связи. Переменные сигналы тока и напряжения передаются далее на АЦП (аналого-цифровой преобразователь) и подвергаются обработке для определения фазового сдвига и сопротивления системы.

При различных концентрациях исследуемого аниона определяется фазовый сдвиг и строится калибровочный график (например, Фиг.3).

Затем исследуемый объект помещается в электрохимическую ячейку и определяется сдвиг фаз между ЭДС и электрическим током (фазовый сдвиг).

Итоговая операция - определение содержания аниона в объекте по калибровочному графику.

Содержание ионов в объекте определяется по формуле:

где F - фазовый сдвиг;

b0, b1, b2 - коэффициенты уравнения множественной корреляции.

Способ осуществляется следующим образом.

Отбираются средние пробы исследуемого объекта. Прибор, структура которого соответствует схеме, представленной на Фиг.2, включается на 30 минут для предварительного прогрева, после чего исследуемый объект помещается в электрохимическую ячейку. Затем проводится частотное сканирование в диапазоне частот от 0,1 Гц до 100 кГц с определением фазового сдвига, величина которого соотносится с концентрацией определяемого аниона по калибровочному графику.

Предлагаемый способ отличается от известного, наиболее близкого к нему способа тем, что в качестве измеряемого параметра используется фазовый сдвиг, и измерения проводятся в диапазоне частот от 10 Гц до 100 кГц (в прототипе диапазон частот соответствует 10 кГц - 105 кГц). В отличие от прототипа, заявляемый способ характеризуется более высокой точностью измерения.

Пример 1.

В качестве объекта исследования были выбраны образцы свеклы, в качестве определяемого иона был выбран нитрат-ион. Определение проводилось с помощью электрохимической ячейки при прохождении через нее переменного тока частотой от 0,1 до 10 Гц. Содержание ионов в пищевом продукте определяют по формуле:

где F - фазовый сдвиг;

b0, b1, b2 - коэффициенты уравнения множественной корреляции. Результаты представлены в Таблице 1.

Сравнение данных, полученных заявляемым способом и в соответствии с ГОСТ 29270-95, позволяет сделать вывод о достоверности определения нитрат-ионов заявляемым способом, причем, в отличие от ГОСТовского метода, предусматривающего время определения - 20÷30 минут, предложенный нами способ - экспресс-анализ: время определения - не более 0,5 минуты.

В прототипе используется методика измерения содержания нитрат-ионов с помощью прибора СОЭКС (Таблица 1). Абсолютные погрешности определения известным способом существенно выше, чем заявляемым, что указывает на преимущество заявляемого способа в точности.

Пример 2.

Пример осуществлялся аналогично приведенному выше. В качестве объекта исследования были выбраны образцы кабачка, в качестве определяемого иона был выбран нитрат-ион. Определение проводилось с помощью электрохимической ячейки при прохождении через нее переменного тока частотой от 0.1 до 10 Гц. Содержание ионов в пищевом продукте определяют по формуле:

где F - фазовый сдвиг;

b0, b1, b2 - коэффициенты уравнения множественной корреляции.

Результаты представлены в Таблице 1. Таким образом, из полученных данных можно сделать вывод о достоверности результатов, полученных с помощью вышеуказанной методики.

Пример 3.

Пример осуществлялся аналогично приведенному выше. В качестве объекта исследования были выбраны образцы капусты, в качестве определяемого иона был выбран нитрат-ион. Определение проводилось с помощью электрохимической ячейки при прохождении через нее переменного тока частотой от 0,1 до 10 Гц. Содержание ионов в пищевом продукте определяют по формуле:

где F - фазовый сдвиг;

b0, b1, b2 - коэффициенты уравнения множественной корреляции.

Результаты представлены в Таблице 1. Таким образом, из полученных данных можно сделать вывод о достоверности результатов, полученных с помощью вышеуказанной методики.

Таблица 1
Название с/х культуры мг/кг* мг/кг в соответствии с ГОСТ 29270-95 мг/кг в соответствии с методикой на устройство измерения нитратов СОЭКС
Свекла 420±5 415±12 434±48
Кабачок 856±14 867±18 812±86
Капуста 694±11 715±16 680±71
* -для определения содержания нитрат-ионов проводилось десятикратное измерение в соответствии с вышеуказанной методикой;

Способ определения содержания анионов в растворах и влагосодержащих продуктах в электрохимической ячейке при прохождении через нее переменного тока, отличающийся тем, что измерение проводится при частоте переменного тока от 0,1 Гц до 100 кГц, а в качестве параметра измерения используется возникновение сдвига фаз между ЭДС и электрическим током при пропускании тока через электрохимическую ячейку.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области измерения параметров жидкостей, в частности электрической проводимости в жидких средах, и может быть использовано непосредственно в морской воде.

Изобретение относится к методу определения доли адсорбированного вещества, которое содержится в формованном теле, грануляте или порошке из цеолита, цеолитного соединения или силикагеля в качестве адсорбирующего материала, а также к соответствующему устройству и применению устройства для определения или мониторинга степени насыщения адсорбирующего материала, заложенного на хранение в емкость.

Изобретение может быть использовано в химической, нефтехимической, нефтегазовой, пищевой и других отраслях промышленности. Анализатор газожидкостного потока содержит измерительный участок 1 и соединенные с ним газосборную камеру 2 и отстойник 3, основной измерительный датчик 5, дополнительные измерительные датчики 4, блок сравнения 6, подключенный к регистратору 7.

Изобретение относится к технологии строительства и может быть использовано для определения количества цемента в грунтоцементном материале при создании строительных конструкций посредством струйной цементации.

Изобретение относится к области нефтехимии. Способ управления компаундированием товарных бензинов включает измерение диэлектрической проницаемости и удельной электропроводности, а также температуры и давления компонентов товарного бензина и готового товарного бензина на различных стадиях технологического процесса, дальнейшее приведение измеренных электрофизических параметров компонентов и товарного бензина к единым условиям с контролем значений октанового числа и выработкой рекомендаций по внесению изменений в технологический процесс.
Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способам определения физических свойств материалов путем тепловых и электрических измерений, и может быть использовано для оперативного контроля теплотехнических качеств ограждающих конструкций зданий и сооружений в натурных условиях.

Изобретение относится к текстильной промышленности и представляет собой емкостный способ определения неравномерности линейной плотности продуктов прядения. Образец пропускают между двумя пластинами конденсатора, измеряют реактивное сопротивление конденсатора, определяют изменение емкости, которое пропорционально изменениям диэлектрической проницаемости образца и регистрируют их как коэффициент вариации по линейной плотности или коэффициент неровноты по линейной плотности.

Изобретение относится к области нефтехимической промышленности и может быть использовано в промысловых и научно-исследовательских лабораториях для разработки технологий увеличения нефтеотдачи пластов и при отсчете запасов нефти, оперативном контроле за разработкой нефтяных месторождений.

Изобретение относится к оборудованию для подводной добычи нефти. .

Изобретение относится к области неразрушающего контроля полимерных материалов и может быть использовано для контроля и измерений физико-химических процессов, происходящих в отверждаемом связующем при производстве изделий из полимерных композиционных материалов. Датчик согласно изобретению содержит выполненный из полиимидного или эпоксидного связующего, армированного стеклотканью, корпус прямоугольной формы, состоящий из двух одинаковых частей, склеенных между собой вне рабочей зоны. В каждой части корпуса запрессован электрод, каждый из которых имеет плоскую форму. В корпусе электроды помещены параллельно друг другу и расположены один под другим на расстоянии друг от друга. К одному из торцов каждого электрода припаян монтажный провод, причем оба монтажных провода выведены в одну сторону. Каждый из электродов выполнен из меди или аналогичного материала в виде пластины Г-образной формы. Оба электрода имеют одинаковые размеры и являются зеркальным отображением друг друга, при этом электроды расположены так, что их Г-образный выступ находится один над другим, а их удлиненные части расположены параллельно друг другу. Прокладка, помещенная между электродами, выполнена из фильтровальной ткани с плотностью 80-160 г/м2 и содержит расположенную между Г-образными выступами электродов рабочую зону и расположенную между удлиненными частями электродов нерабочую зону, в которой фильтровальная ткань пропитана клеем, использованным для склеивания одинаковых частей корпуса, при этом фильтровальная ткань выступает за пределы передней и задней частей корпуса датчика на 5-10 мм. Толщина датчика может составлять 1,2-2,0 мм. Изобретение обеспечивает упрощение конструкции датчика и его изготовления, а также расширение области его использования. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного определения различных физических свойств (концентрации, смеси веществ, влагосодержания, плотности и др.) жидкостей, находящихся в емкостях (технологических резервуарах, измерительных ячейках и т.п.). В частности, оно может быть применено в пищевой промышленности для измерения концентрации водно-спиртовых растворов. Техническим результатом настоящего изобретения является упрощение реализации устройства и повышение точности измерения. Технический результат достигается тем, что в предлагаемом устройстве для измерения физических свойств жидкости, содержащем отрезок коаксиальной длинной линии, два чувствительных элемента, рабочий и эталонный, в виде отрезков коаксиальной линии, заполняемых, соответственно, контролируемой жидкостью и эталонной жидкостью, электронный блок и подсоединенный к его выходу регистратор, каждый чувствительный элемент подсоединен в качестве оконечной нагрузки к соответствующему концу отрезка коаксиальной длинной линии, к которому подключен электронный блок, причем центральный проводник и внутренняя поверхность внутреннего цилиндра подсоединены, соответственно, к внутреннему и наружному проводникам на одном конце отрезка коаксиальной длинной линии, а наружная поверхность внутреннего цилиндра и наружный цилиндр подсоединены, соответственно, к внутреннему и наружному проводникам на другом конце отрезка коаксиальной длинной линии. 1 ил.

Изобретение может использоваться для экспресс-контроля соответствия качества исследуемого бензина параметрам эталонного образца. Устройство для оперативного контроля октанового числа бензинов содержит автономный блок питания, основной емкостной датчик, конструктивно совмещенный с камерой пробоотборника контролируемого бензина, блок обработки данных, выход которого подключен к входу цифрового индикатора, аналого-цифровой преобразователь, выход которого соединен с входом блока обработки данных, при этом в устройство введен дополнительный емкостной датчик, конструктивно совмещенный с камерой пробоотборника эталонного бензина, соединенный с одним из входов измерителя разности двух емкостей, второй вход которого соединен с основным емкостным датчиком, а его выход подключен к входу аналого-цифрового преобразователя. Изобретение обеспечивает повышение достоверности оперативного контроля качества бензина и чувствительности к диэлектрическим свойствам топлива. 1 ил.

Изобретение касается способа измерения емкости датчика с емкостью (С). Датчик имеет рабочий электрод, который покрыт изолирующим слоем и лигандом, образующим аффинную поверхность. Способ содержит шаги приведения электрода в контакт с аналитом, подачи постоянного первого тока (I1), постоянного второго тока (I2) противоположного направления относительно первого тока (I1) и постоянного третьего тока (I3) того же направления, что и первый ток (I1), на датчик в течение заданных периодов времени. Далее способ содержит взятие замеров потенциала (V), созданного на датчике, и вычисление емкости датчика по наклону (В, D, F, Н) кривой потенциалов, полученной в ответ на подачу тока. Кроме того, изобретение относится к применению предложенного способа для обнаружения взаимодействия между лигандом и аналитом. Изобретение обеспечивает улучшенный способ измерения изменений емкости с использованием биодатчика и более стабильную систему измерения емкости биодатчика для повышения чувствительности и точности. 13 з.п. ф-лы, 5 ил., 3 табл.

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано при проведении исследований для определения состава продукции отдельных пластов и в целом скважины. Техническим результатом является повышение точности определения содержания воды в восходящем потоке водонефтяной смеси в стволе скважины. Способ определения содержания воды в водонефтяной смеси в стволе скважины путем измерения величины электрической емкости датчика, состоящего из центрального электрода, покрытого диэлектриком, и струенаправляющей трубы, служащей в качестве второго электрода. При этом измерения величины электрической емкости датчика осуществляют с остановками в каждой точке в двух режимах, один из которых при протекании восходящего потока водонефтяной смеси через кольцеобразное пространство, образованное между электродами датчика, а другой - в процессе гравитационного разделения отдельных компонентов в пробе водонефтяной смеси, заключенной в измерительной полости датчика путем закрывания окон для пропуска потока водонефтяной смеси через датчик. Также предложено устройство для осуществления способа. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Использование: для определения объемного содержания воды в нефти. Сущность изобретения заключается в том, что способ основан на определении изменений параметров электромагнитного поля в потоке исследуемой жидкой среды при изменении ее компонентного состава, поток жидкости в зоне измерений разбивают на множество изолированных потоков, каждый из которых взаимодействует с резонатором электромагнитного поля через выделенный участок поверхности контакта, в результате чего в резонаторе формируется электромагнитное поле, обобщающее влияния всех изолированных потоков жидкости, параметры которого принимают за среднее взвешенное для совокупности потоков в изолированных каналах и сопоставляют с соответствующими показателями продукта-аналога, обладающего известными свойствами, которые могут быть эмпирически идентифицированы как доля воды в смеси с углеводородной жидкостью. Технический результат: обеспечение возможности повышения эффективности влагомера и повышения точности определения содержания воды в нефти, перекачиваемой по трубопроводу. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 8 ил.

Группа изобретений относится к медицине и может быть использована для определения электрической емкости биосенсорной камеры. Для этого инициируют электрохимическую реакцию пробы после ее внесения в биосенсорную камеру, имеющей два электрода, расположенных в камере и соединенных с микроконтроллером. Прикладывают к камере осциллирующий сигнал предварительно заданной частоты. Устанавливают первый временной интервал выборки. Получают выборку выходного сигнала от камеры со вторым временным интервалом выборки, отличным от первого временного интервала выборки. Определяют фазовый угол между выходным сигналом и осциллирующим входным сигналом от камеры на основе выходного сигнала выборки. Рассчитывают электрическую емкость камеры по фазовому углу. Также предложена система для измерения аналита. Группа изобретений обеспечивает определение достаточности заполнения аналитом электрохимической биосенсорной испытательной камеры. 2 н. и 21 з.п. ф-лы, 24 ил., 2 табл.
Наверх