Электрохимический способ определения концентрации газа в газовой смеси

 

Союз Советскик

Социалистическмк

Республик

ОIl,ÈСАMИЕ

ИЗОЫ ЕТИНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (и)890220 (6! ) Дополнительное к авт. свил-ву . (22) Заявлено 20. 03. 80 (21) 2897646/18-25 с присоединением заявки J% (23) Приоритет (51)M. Кл.

10еударстввииый квинтет

G 01 и 27/46

II0 делам изобретений и открытий

Опубликовано 15. 12. 81 Бюллетень 3% 46

Дата опубликования описания 7. 1::2. 84-(53) УДК 543.27 (088. 8) В. А. Алексеенко, Д. О. Горелик, В, И. Ковалев, Л. А. Конопелько, Т. Т. Опелат, H. À. Уриссон, В. К. Фоканов и Г. В. Цтейнберг (72) Авторы изобретения

{7!) Заявитель (54) ЭЛЕКТРОХИИИЧЕСКИЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕ11ИЯ

КОНЦЕНТРАЦИИ ГАЗА В ГАЗОВОЙ СМЕСИ за (2), Изобретение относится к электрохимическим способам определения концентрации газа в газовой смеси и может быть использовано в науке н производстве, в частности в аналитическом приборостроении.

Известен электрохимический способ определения концентрации кислорода в газовой смеси, заключающийся в не— прерывном пропускании анализируемой 0 смеси через электрохимическую твердоэлектролитную ячейку с заданным значением парциального давления кислорода в газовой фазе и измерении ЭДС этой ячейки (lj.

Наиболее близким к предлагаемому

15 является электрохимический способ определения концентрации газа в газовой смеси путем непрерывного пропускания газовой смеси вдоль поверхности

20 газодиффуэионного гидрофобного электода, на котором происходит окисление восстановление ) анализируемого raНедостатком этого электрохимического способа определения концентрации газа в газовой смеси является частичная потеря информации за счет уноса части анализируемого газа в процессе непрерывного пропускания газовой смеси через электрохимическую ячейку вдоль поверхности газодиффузионного гндрофобного электрода, и неполное электрохимическое окисление (.восстановление) . Ток окисления (вос"тановления) электрохимической ячейки, пропорциональный концентрации анализируемого газа, регистрируется в данный момент времени, и также имеет заниженное значение.

Целью изобретения является повышение точности определения концентрации анализируемого газа в газовой смеси..

Поставленная цель достигается тем, что согласно электрохимическому спо- собу определения концентрации газа в газовой смеси, основанному на протускании газовой смеси вдоль поверх3 89 части газодиффузионного гидрофобного электрода, на котором происходит окисление (восстановление) газа, газовую смесь пропускают многократно до полно. го окисления (восстановления) и по интегралу этого тока во времени судят о концентрации газа.

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг. 2 — диаграмма 1-t за- писи сигнала электрохимической ячейки (2.1) и диаграмма Q-t записи интегрального значения электрохимической ячейки (2.2).

Блок-схема содержит электрохимическую ячейку 1, циркуляционный насос и калибровочную емкость 3 с двумя трехпазиционными кранами 4 и 5. Все указанные элементы соединены между собой пневматическими линиями.

Электрохимическая ячейка состоит из дву:; камер: газовой 6 и электролитной 7, пространство между которыми разделяет индикаторный газодиффузианный гидрофобный электрод 8, В электролитной камере находятся элект- . род сравнения 9 и вспомогательный электрод 10. Все электроды ячейки соединены с измерительным блоком 11, посредством которого осуществляется поддержание необходимого потенциала поляризации индикаторного электрода 8, компенсация фонового тока и интегрирование сигнала электрохими. ческой ячейки.

Перед проведением анализа калибровочная емкость 3 заполняется анализируемой газовой смесью, краны 4, 5 устанавливаются в положении 4.1-4.2 и 5.1-5.2 соответственно и на индикаторный электрод подается напряжение поляризации.

После включения насоса 2 газовая смесь начинает циркулировать в замкнутом пневматическом контуре, минуя калибровочную емкость 3 до тех пор, пака выходной сигнал электрохимической ячейки 1 не достигнет некоторого установившегося значения 1о (фиг ° 2).

Затем при помощи измерительного блока компенсируется значение 1 таким образом; чтобы ток в цепи интегрирования был равен нулю и включается интегрирование. После этого краны 4,1 переводятся в положение 4.1-4.3 и 5.15.3 соответственно, и через электрохимическую ячейку начинает циркулировать анализируемая газовая смесь.

В процессе циркуляции молекулы ана0220 Д лизируемой газовой смеси диффундируют к поверхности индикаторного газодиффузионного гидрофобного электрода 8, на которой происходит электрохимическая реакция. При этом выходной сигнал электрохимической ячейки в начале возрастает до некоторого значения (отрезок а-б фиг. 2,1), а затем, по мере уменьшения количества анализируемой газовой смеси в замкнутом пневматическом контуре, уменьшается до первоначального значен,.я

1О (отрезок б-в фиг. 2.1) после чего интегрирование прекращается (точf ка в, фиг.2.2), показания интеграто2 ра переводятся на нулевую отметку .(точка в, фиг. 2.2) и начинается новый цикл измерения в указанной последовательности.

Площадь части диаграммы, ограниченная точками а-б-в-а (фиг. 2.1), характеризует собой количество электричества, затраченное на окисление (восстановление ) газа анализируемой газовой смеси и определяет его массу

25 в калибровочной емкости 3. Кривая интегрирования отрезок(а1-в1, фиг.2.2) достигает своего максимального значения к моменту окончания окисления (восстановления). Эта значение, выра30 женное в кулонах, и есть Фо искомое значение количества электричества,затраченное на ° окисление (восстановление) газа в анализируемой газовой смеси.

Весовая (массовая) концентрация газа в анализируемой газовой смеси рассчитывается по формуле д

cx Fv g i(tIdt иск где А — молекулярный вес газа;

Q — - количество электричества, затраченное на процесс "окисления (восстановления);

n " "количество электронов, участ45 вующих в реакции;

F — - число Фарадея;, Ч вЂ” объем анализгруемой газовой смеси.

Таким образом, при помощи установ50 ки, реализующей способ, и устройства, можно обеспечить существенное улучшение метрологического обеспечения газоаналитических приборов, используемых в промышленности, а также соз55 давать образцовые средства измерения, Благодаря высокой чувствительности предлагаемого способа и устройства можно аттестовать "нуль-газ", т.е.

890220 газ, который используется для настройки нулевой точки аналитических приборов в процессе их калибровки и .поверки. Например, особо чистый азот или гелий, используемые в качестве S

"нуль-газа", могут содержать до

1 3- 10 О моль/cM примесей токсичных газов, содержание которых не может быть пронормировано из-за отсутствия средств измерения концентрации. При использовании предлагаемого способа и устройства в особо чистом азоте обнаружена концентрация окиси углерода до 5,4-10 MoJIb/см . Эта поправка должна учитываться при калибровке и поверке газоанализаторов. Известными способами концентрация такого порядка не может быть определена, так как, например, в газоанализаторах, основанных на"методе инфракрасного поглоще- 20 ния окиси углерода в инфракрасной области спектра, показания отсчитываются по отношению к эталонной камере, которая заполнена "нуль-газом", со-, держащим окись углерода до

5,4 ° 10 моль/см.

Я з

Формула изобретения

Злектрохимический способ определения концентрации гаэа в газовой смеси вдоль поверхности газодиффузионного гидрофобного электрода, на котором происходит окисление (восстановление) газа, о т л и ч а ю щ и Й с я тем, что, с целью повъпиения точности определения концентраций, газовую смесь пропускают многократно до полного окисления (восстановления) газа., регистрируют ток окисления восстановления) и по интегралу этого тока во времени судят о концентрации газа.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Авторское свидетельство СССР

И - 55327, кл. QO1 М 27/46, 1977 °

2. Вау Н.M., BRyrton К.Г., Sed3ok ).И., Valentine А.М. Anagiticat

Chemistry, vo1 46, Р 12, Oct, 1974, 1837 (нрототип).

8902Z0

i)

t (Е2)

Составитель Г. Боровик

Редактор С. Тимохина Техоел З.Фанта Коооектоо С. Шекмар

Заказ 10959/70 Тираж 910 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва Ж"35 Ра шская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4