Вольтамперометрическая ячейка с вращающимся индикаторным электродом

 

Союз Советскнк

Соцнапнстнческнх

Республик

ОПИСЛНИа

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<п>898310 (61) Дополнительное к авт. саид-ву— (22) Закалено 30 ° 04. 80 (21)2918042 18-25 (51 }М. Кд.

G 01 N 27/07 с присоединением заявки №

ГааударатвеииыН комитет

СССР (23) Приоритет

Il0 делен изабретеиий и атхрытий

Опубликовано 15.01.82. Бюллетень № 2

Дата опубликования описания15.01.82 (53} УДК543. 253 (088. 8) (72) Авторы изобретения

Я,И.Турьян, Ю.А.Чирков и Г.Л.Лошкарев

Всесоюзный научно-исследовательский и п институт по переработке газа и Краснодарский политехнический институт (71) Заявители (54) ВОЛЬТА1ШЕРОМЕТРИЧЕСКАЯ ЯЧЕЙКА С ВРАЩАЮЩИМСЯ

ИНДИКАТОРНЬ1М ЭЛЕКТРОДОМ

Изобретение относится к аналитической химии, а именно к электрохимическому приборостроению, и может быть использовано при количественных определениях компонентов, растворенных в электролите.

Определение концентрации компонентов электролита в вольтамперометрии основано на электрохимической реакции на электроде в условиях диффузии анализируемого компонента к поверхности электрода.

Плотность предельного диффузион-, ного тока в условиях стационарной конвективной диффузии определяется законом Фика:

t1F 13 С

6 с4 где n — число электронов, участвующих в электродной реакции;

F — число Фарадея;

D — коэффициент диффузии;

С вЂ” концентрация анализируемого

% вещества на внешней границе диффузионного пограничного слоя, равная объемной концентрации; толщина диффузионного погра6 ничного слоя.

Чувствительность определения за-, висит, как видно из уравнения, от величины с, поэтому во всех известных конструкциях ячеек и индикаторных электродов повышение чувстви-.

10 тельности связано с уменьшением толщины диффузионного слоя на электроде.

Известна тонкослойная ячейка, в которой толщина диффузионного слоя зависит от пространства между элект15 родом сравнения и индикаторным электродом (11 .

Однако данная конструкция обладает низкой чувствительностью вследствие

20 большой толщины диффузионного слоя.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемом г устройству является вольтамперометрическая ячейка с вращающимся дисковым индикатор898310

3 ным электродом, получившая широкое распространение. Ячейка состоит из корпуса, содержащего вал, соединенный с электроприводом, дисковый индикаторный электрод, закрепленный на торце вала, электрод сравнения, вводы для газа и электролита. Принцип действия ячейки основан на том, что при вращении вала с закрепленным на торце дисковым индикаторным электродом возникает направленный поток электролита к центру вала. Вблизи поверхности диска за счет центробежных сил возникает поток, направленный от центра диска. Создается круговое движение электролита (2).

Указанная ячейка обладает следующими недостатками.

Толщина диффузионного пограничного слоя зависит от интенсивности циркуляции элек тр слита, по следня я же определяется скоростью вращения электрода. Таким образом, возможности повышения чувствительности ограничены, так как увеличение скорости вращения связано с усложнением

25 конструкции вращающегося электрода.

Невозможна продувка электролита инертным газом во время аналитического определения, так как барботажискажает значения тока из-за возможного попадания газа на поверхность электрода. В то же время непрерывная продувка инертным газом в некоторых случаях необходима, чтобы исключить проникновение кислорода воздуха че- 35 рез имеющиеся неплотности вращающегося электрода. Для устранения мешающего влияния кислорода воздуха данная ячейка предварительно продувается инертным газом. В период измерения 40 инертный газ не подается, чтобы не нарушать гидродинамику потока электролита к электроду.

Низка чувствительность при анализе компонентов газовой смеси, пло- 4S хо растворимых в электролите, вследствие слабого насыщения.

При анализе газа, плохо растворимого в электролите, например, кис50 лорода, последний барботируют в ячеи- ке в электролит и определяют значе— ния тока на электроде, пропорциональные концентрации растворенного газадеполяризатора. Для повышения чувствительности анализа газа, плохо растворимого в электролите, трубку подачи газа необходимо расположить ближе к электроду, что значительно

4 нарушает гидродинамику потока, искажает значение и делает нестабильным

его измерение.

Целью изобретения является увеличение чувствительности и повышение точности измерений за счет полного исключения влияния барботажа газа на работу индикаторного электрода.

Указанная цель достигается тем, что в вольтамперометрической ячейке с вращающимся индикаторным электродом, включающей вал, соединенный с электроприводом, индикаторный электрод, закрепленный на валу, вводы для электролита и газа, нижняя часть вала выполнена в виде шнека, а индикаторный электрод в виде кольца или микродиска расположен на участке вала над шнеком, при этом вал с электродом помещен в трубку, имеющую над электродом отверстия для выброса электролита и образующую с электродом кольцевой зазор.

Размеры кольцевого зазора между стенкой трубки и электродом выбираются таким образом, чтобы при движении жидкости, омывающей электрод, число Рейнольдса (ne) не превышало 1О .

При вращении вала создается поток электролита, направленный параллельно оси вращения за счет подачи электролита шнеком. Узкое кольцевое пространство обуславливает высокую скорость движения электролита. Вращательное движение электрода создает перпендикулярно направленный поток электролита. Результирующая сложения двух потоков значительно уменьшает толщину диффузионного пограничного слоя на электроде, способствуя повышению чувствительности.

Размеры кольцевого зазора между электродом и стенкой трубки выбираются таким образом, чтобы сохранить ламинарность потока, при этом выполняется зависимость между толщиной диффузионного пограничного слоя и скоростью вращения электрода.

На чертеже изображена предлагаемая ячейка.

Ячейка имеет корпус I, в который сверху вставлена трубка 2, имеющая отверстия 3. В эту трубку вставлен вал 4, соединенный резьбовым соеди-.. нением с приводом 5. Нижняя часть вала выполнена в виде шнека 6. На участке вала над шнеком закреплен электрод 7, выполненный в виде микродиска или кольца. Электрод 7 распо898310 ложен ниже уровня отверстий 3 трубки 2 для обеспечения выброса электролита 8 при вращении вала. Ячейка снабжена электродом сравнения 9, трубкой 10 для подвода инертного или анализируемого газа, гидрозатвором 11, отверстием с пробкой 12 для ввода электролита 13. В нижней части имеется трубка 14 с краном 15 для слива электролита. Ячейка оснащена рубашкой 16 с вводом и выводом 17 для термостатирующей жидкости.

Вал помещен в ячейку через сальниковую втулку, расположенную в корпусе привода 5, что обеспечивает необходимую изоляцию ячейки от наружной атмосферы. Дополнительная изоляция создается путем продувания ячейки инертным газом, подаваемым через трубку IO в течение всего времени определения, поскольку в данной конструкции ячейки барботаж инертного газа не влияет на величину измеряемого тока.

При вращении вала шнек 6 забира— ет электролит 13 и подает его вверх по трубке 2. В кольцевом зазоре электролит омывает электрод 7.Электролит из трубки 2 выбрасывается через отверстия 3. При этом создаются благоприятные условия для быстрого насыщения электролита барботирующим через электролит газом вследствие увеличения поверхности контакта.

Это,в свою очередь, позволяет успеш,но проводить высокочувствительное вольтамперометрическое определение микроконцентраций газа-деполяризатора, например кислорода, подаваемого через трубку 10.

Несмотря на осуществление в предлагаемой конструкции весьма интенсивной и строго направленной относительно поверхности вращающегося индика— торного электрода циркуляции электролита общий объем исследуемого электролита в ячейке невелик, примерно такой же, как и для обычного полярографического анализа (20-30 мл).

Ячейка выполнена иэ стекла, а вал из диэлектрика, например нз органического стекла.

Уменьшение толщины диффузионного пограничного слоя в предлагаемой

10 ячейке приводит к увеличению чув- ствительности определения компонентов, растворенных в электролите.

Исключение попадания газа на поверхность электрода повышает точность

1у определения sa счет исключения флуктуации тока.

Формула изобретения

Вольтамперометрическая ячейка с вращающимся индикаторным электродом, включающая вал, соединенный с электроприводом, индикаторный электрод, 25 закрепленный на валу, вводы для электролита и газа, о т л и ч а ющ а я с я тем, что,с целью увеличения чувствительности и повышения точности измерений за счет исключе30 ния влияния барботажа газа на работу индикаторного электрода, нижняя часть вала выполнена в виде шнека, а индикаторный электрод в виде кольца или микродиска расположен на участке вала над шнеком, при этом вал с электродом помещен в трубку, имеющую над электродом отверстия для выброса электролита и образующую с электродом кольцевой зазор.

40 . Источники информации, :принятые во внимание при экспертизе .

1. Патент Франции Р 2093393, .кл. G OI М 27/00, 1972.

2. Плесков Ю.В., Филиновский В.Ю.

43 Враяающийся дисковый электрод. М

"Наука", 1972, с. 323 (прототип).

8983! 0

Составитель И.Клешнина

Редактор M.Öèòêèíà Техред М.Надь . Корректор Ю.Макаренко

Заказ 11939/60 Тираж 882 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб,, д. 4/5

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