Способ определения содержания общего органического углерода в воде и устройство для его осуществления Советский патент 1986 года по МПК G01N27/48 

2. Устройство для определения содержания общего органического углерода, включающее электрохимический датчик, регулирующий усилитель, к инвертирующему входу которого подключен источник задаваемого напряжения, а к выходу подключен вспомогательный электрод, согласующий усилитель, вход которого подключен к сравнительному электроду, а выход к инвертирующему входу регулирующего усилителя, токовый усилитель, к инвертирующему входу которого подключен рабочий электрод, отличающееся тем, что, устрой2367

ство дополнительно снабжено блоком функционального преобразователя, блс ком программного задающего устройства и коммутирующими элементами, причем блок функционального преобразователя, подключенный к выходу токового усилителя, содержит два интегратора, входы которых соединены с коммутирующими элементами, управляемыми программным задающим устройством, а выходы - с вычитающим устройством, к выходу которого подсоединен компаратор, а программное задающее устройство подключено к входу регулирующего усилителя.

1. Способ определения содержания общего органического углерода в йоде путем пропускания через исследуемую среду с помощью электродов, один из которых платиновый, измерительного импульса тока длительностью 0,001-0,1 с в области потенциалов платинового электрода 0,0-0,4 В,- и измерения количества электричества, протекшего за время импульса, отличающийся тем, что, с целью повьшения прочности, экспрессности и надежности измерений, на платиновьй электрод в исследуемой среде налагают ряд прямоугольных импульсов при уровне потенциалов от -0,1 до +1,8 В с выдержкой при каждом потенциале 1-2 с, затем подают на него два последовательных измерительных импульса с выдержкой при i уровне потенциала 0,4-0,5 В перед (Л первым импульсом 1-5 с, а перед вторым 30-200 с, и по относительной разности количеств электричества, прошедшего через электрод за время первого и второго импульсов, судят о содержании органического углерода в воде.

1

Способ определения содержания общего органического углерода в воде относится к физико-химическим способам анализа и может найти применение для контроля чистоты производственных и бытовых вод, а также для оределения количества органических примесей в растворах, используемых в различных химических процессах.

Известен способ определения содержания общего органического углерода в воде по сжиганию органически веществ до углекислого газа с дальнейщим определением его количества.

Способ поддается автоматизации. Однако при его осуществлении необходимо поддерживать температурный режим в узких пределах, продувать пробы воздухом для удаления неорганического углерода, что приводит к потере летучих органических веществ ,

Наиболее близким к предлагаемому является способ определения содержания общего органического углерода в воде путем пропускания через исследуемую среду с помощью электродов, один из которых платиновый, измерительного импульса тока длительностью 0,001-0,1 с в области потенциалов платинового электрода 0,0-0,4 В и измерения количества электричества, протекающего за время импульса.

Для измерений используют устройство для определения содержания общего органического углерода в воде, включающее электрохимический датчик, регулирующий усилитель, к инвертирующему входу которого подключен источник задаваемого напряжения, а к выходу подключен вспомогательный электрод,

согласующий усилитель, вход которого подключен к сравнительному электроду, а выход - к инвертирующему входу регулирующего усилителя, токовый усилитель, к инвертирующему

входу которого подключен рабочий электрод.

Сначала в ячейку помещают 20 мл раствора 1н. , на электрод подают катодный импульс потенциала от

0,1-0,0 Б и измеряют ток во вррмени импульса. Затем в ячейку добавляют определенное количество пробы воды, содержащей органические примеси, и снова измеряют изменение тока

во времени такого же импульса.

На платиновом электроде в области потенциалов 0,0-0,4 В в 1н. Н 80 присутствует адсорбированный водород. При добавлении органических веществ в раствор происходит вытеснение водорода с поверхности платиш 1 за счет адсорбции органических веществ на платине. Время, необходимое для достижения одного и того же снижения адсорбции водорода, т. одной и той же поверхностной конце рации, пропорционально концентраци органических примесей в пробе. Сна чала определяют время, необходимое для достижения принятой поверхност ной концентрации органических веществ при введении в фоновый раствор добавки калибровочного раствор t с известным содержанием органи ческого углерода С . Затем определяют время О), , необходимое для достижения такой же поверхностной концентрации при введении в фон та кого же количества добавки исследу емой воды. Содержание органическог углерода определяют по формуле Г . - X Недостатком этого способа является то, что необходимо проводить измерения в фоне перед каждым изме рением в пробе. Это обуславливает большую длительность анализа, а, с другой стороны, уменьшает надежность, так как введение лишней опе рации увеличивает вероятность случайных ошибок. Цель изобретения - повышение точ ности, экспрессности и надежности определения общего органического углерода в воде. .Цель достигается тем, что в способе определения содержания общего органического углерода в воде путем пропускания через исследуемую среду с помощью электродов, один из которых платиновый, измерительного импульса тока длительностью 0,0010,1 с .в области потенциалов платино вого электрода 0,0-0,4 В.и измерени количества электричества, протекающего за время импульса, согласно изобретению на платиновьй электрод в исследуемой среде налагают ряд прямоугольных импульсов при уровне потенциалов -0,1+1,8 В с выдержкой при каждом поте-нциале 1-2 с, затем подают на него два последовательных измерительных импульса с выдержкой при уровне потенциала 0,4+0,5 В перед первым импульсом 1-5 с, а перед вторым 30-200 с, и п относительной разности количества электричества, проходящего через электрод за время первого и второго импульсов, судят о со67держании органического углерода в воде. С этой целью известное устройство для определения содержания общего органического углерода в воде, включающее электрохимический датчик, регулирующий усилитель,-к инвертирующему входу которого подключен источник задаваемог о напряжения, а к выходу подключен вспомогательный электрод, согласующий усилитель, вход которого подключен к.сравнительному электроду, а выход - к инвертирующему входу регулирующего ус.илителя, токовый усилитель, к инвертирующему входу которого подключен рабочий электрод, согласно изобретению, дополнительно снабжено блоком функционального преобразователя, блоком программного задающего устройства и коммутирующими элементами, причем блок функционального преобразователя, подключенный к выходу токового усилителя, содержит два интегратора, входы которых соединены с коммутирующими элементами, управляемыми программным задающим устройством, а выходы - с вычитающим устройством, к выходу которого подсоединен компаратор, а программное за- . дающее устройство подключено к входу регулирующего усилителя. Способ осуществляется следующим образом. В ячейку заливают пробу анализируемой воды, растворенной в 1 и. H2S04, и платиновый-электрод подвергают предварительной подготовке в этом растворе, для чего произво- дят периодическое изменение потенциала электрода от (р -0,1-+0,1В до срд +1,2-+1,8 В с вьщержкой при . CfK в течение 1 с и при Cfq в течение 1 с. Общая длительность предварительной подготовки 30 с. Предварительная подготовка электрода подбиралась, таким образом, чтобы количество электричества, прошедшее через электрод во время импульса в области потенциалов 0,4-0,01 В в астворе пробы, соответствовало бы оличеству электричества при таком е импульсе в 1н, H2S04. Выбранная предобработка позволяет полностью очистить поверхность электрода от органических примесей, рисутствующих в растворе, т.е. поучить поверхность электрода в раст5воре пробы такую же чистую, как и в растворе lH.Hj,SO. Потенциалы, длительность импульсов и длительность подготовки зависят от типа вод и от присутствующих в них органических примесей. Чем труднее окисляются органические при меси, тем более положительным должно быть значение анодного потенциал и тем продолжительней должна быть подготовка. После подготовки на электрод нак ладьшаются два последовательных пилообразных импульса от tf 0,4 В до Ц 0,0 В длительностью 0,001-0,1 с с определенным временем вьщержки пр по.тенциалах 0,4-0,5 В перед каждым импульсом. Первый из накладьюаемых на электрод импульсов является опор ным и в этом случае время выдержки электрода не превышает 5 с. Время выдержки подбиралось таким образом, чтобы оно обеспечивало спад емкостных токов, но было недостаточно для адсорбции органических веществ из раствора. Критерием правильности вы бора времени служило совпадение количества электричества, прошедшее ч рез электрод во время импульса от ,4 до ср 0,0 В в чистом раство ре 1н. H2S04 и в растворе 1н. содержащем пробу. Чем выше содержание органических примесей в раствор тем меньше должна быть выдержка эле трода. При содержании общего органи ческого углерода меньше 10 мг/л 3-5 с, от 10 мг/л до 100 мг/л 1-2 с, больше 100-2000 - 1 с и мень ше. После прохождения опорного импульса электрод выдерживался при с 0,4-0,5 (потенциале адсорбции в течение определенного интервала времени, достаточного, чтобы органические примеси количественно адсорбировались на поверхность электрода. Эксперимент показал, что для большинства органических веществ это интервал времени 100 с. Потенциал адсорбции был выбран в области 0,4-0,5 В, исходя из того что большинство органических сЬедин ний на платине адсорбируется именно в этой области. После выдержки при потенциале адсорбции на электрод подается вто676рой импульс, полностью аналогичный первому, количество электричества, проходящее через электрод во время этого импульса из-за присутствия на поверхности адсорбированных органических частиц, заметно меньше, чем в опорном импульсе. Время выдержки подбиралось таким образом, чтобы получить максимальное снижение количества прошедшего электричества во втором импульсе, т.е. максимальную адсорбцию органических частиц на поверхности электрода. Таким образом, в данном способе предварительная подготовка обеспечивает чистоту поверхности электрода в растворе пробы такую же, как и в растворе фона, а выбранный уровень потенциала адсорбции и время выдержки при нем позволяют получить количественные данные о содержании органических примесей в пробе. Способ реализуется с помощью устройства, структурная схема которого приведена на фиг.1; на фиг,2 диаграмма работы устройст а в координатах U-i, . Устройство включает источник 1 задаваемого напрял ения, программное задающее устройство 2, регулирующий усилитель 3, масштабирующие сопротивления 4-7, электрохимический датчик 8 с вспомогательным электродом 9, рабочим электродом 10 и электродом сравнения 11, согласующий усилитель 12, токовый усилитель 13, коммутирующие элементы 14 и 15. Последние вместе с интеграторами 16 и 17, вычитающим устройством 18 и компаратором 19 составляют блок функционального преобразователя. Программное задающее устройство 2 определяет программу воздействия на исследуемый объект в виде заданной последовательности скачков напряжения для предварительной подготовки поверхности электрода с последующим измерением напряжения по линейному закону до заданного уровня. Регулирующий усилитель 3 выполняет функцию электронного регулятора, обеспечивающего регулирование потенциала рабочего электрода и сумматора внешних воздействий (J и (JQ. Согласующий усилитель 12 с коэффициентом передачи, равным единице, осуществляет функцию согласования цепи электрода сравнения электрохимического датчика с входной цепь регулирующего усилителя 3 и позволяет регистрировать потенциал рабочего электрода стандартными пробами. Токовый усилитель 13 представля собой преобразователь ток-напряжение и обеспечивает измерение тока электрохимического датчика « и согласование с регистратором тока. Блок функционального преобразователя предназначен для получения выходного сигнала, пропорционально го интегралу входного тока, и для сравнения разностного сигнала AQ с опорным Ио„. Устройство работает следующим образом. Для реализации программы предва рительной подготовки электрода с помощью программного задающего уст ройства устанавливается начальный уровень потенциала- IJ, (см.фиг.2). Через заданный промежуток времени Ь, формируется скачок напряжения заданной амплитуды и полярности U Далее через промежуток времени 2 формируется скачок ), . После око чания интервала времени i, формируется измерительная часть потенциодинамического импульса. Блок программного задающего устройства формирует линейно-изменяющееся напряжение с заданной амплитудой и скоростью V: После окончания длительности пе вого опорного пилообразного импульса i через заданный промежуток времени i на выходе програ много задающего устройства формируется второй измерительный пилооб разный импульс с заданной амплитуд полностью ид и скоростью тичныи первому. Таким образом, сформированная программа воздействия на рабочий электрод в виде заданной последова тельности скачков Напряжения для предварительной подготовки поверхности электрода с последующим изм нением напряжения по линейному зак ну до заданного уровня поступает н вход регулирующего усилителя 3. Токовый сигнал с выхода усилителя 13 через коммутирующие эле678менты 14 и 15 поступает на вход интеграторов 16 и 17. В процессе прохождения программы предварительной подготовки коммутирующие элементы 14 и 15 разомкнуты. После окончания выдержки ii (см.фиг.2) коммутирующий элемент 14 замыкается и токовый сигнал, полученный в результате воздействия первого пилообразного импульса, поступает на вход интегратора 16. В результате на выходе интегратора получается величина количества электричества «,.рд., где и - напряжение на выходе интегратора 16; , - постоянная времени интегратора 16; Кд - сопротивление 7 в цепи отрицательной обратной связи усилителя 13. Пэсле окончания длительности первого пилообразного импульса (i , фиг. 2) коммутирующий элемент 14 размьжается и величина 9, запоминается Через заданный промежуток времени ij формируется второй пилообразный импульс. Коммутирующий элемент 15 замыкается и токовый сигнал, соответствующий второму пилообразному импульсу, поступает на вход интегратора 17, на выходе которого получаем величину и,7 - напряжение на выходе интегратора 17. Далее сигналы Q, поступают на вход вычитающего устройства 18, с выхода которого разностный сигнал поступает на один вход компаратора 19, на второй вход которого подается требуемая величина опорного сигнала. В результате на выходе компаратора получаем сигнал Q.-Q, пропорциональный обще Q, му количеству органического углерода в воде. С помощью данного способа и устройства для его осуществления определение содержания общего органического углерода в воде проводится за 2-3 мин с точностью с.

фиг 2