Ртутный капельный электрод для полярографических измерений Советский патент 1986 года по МПК G01N27/34 G01N27/48 

Изобретение относится к физическо химии и может быть использовано в полярографическом анализе, а-также для исследований поверхностных явлений и кинетики электрохими.ческих ре- акций.

Целью изобретения является упрощение конструкции и повышение точности измерений.

На фиг. 1 представлено устройст- во для воспроизведения капельного электрода, имеющего форму висящей капли; на фиг, 2 - схема расположения вспомогательного электрода у полюса капли; на фиг, 3 - разрез А-А на фиг. Г, на фиг, 4 - вид Б на фигр 1; на фиг. 5 - управляемое электромагнитом звено в форме качалки; на ф.т. 6 вид В на фиг. 5; на фиг. 7 - вариант качалкиj на фиг.8 - кольцо для подвеса качалки; на фиг, 9 - разрез Г-Г на фиг, 8, на фиг, 10 - качалка из листового материала; на фиг. 11 - вид Д на фиг,10; на фиг, 12 - схема ограничения хода качалки, показанной на фиг„ 10; на фиг, 13 - схема расположения шипа качалки в гнезде кольца; на фиг. 14 устройство для воспроизведения капельного электрода, включающее па- рекладину в форме пластины на фиг,1 вид Е на фиг, 14; на фиг, 16 - пластина с отверстиями под штанги; на фиг. 17 - устройство для воспроизве- рения капельного электрода, имеющего форму лежащей капли; на фиг. 1Ь - разрез Ж-Л( на фиг. 17; на фиг, 19 - устройство для воспроизведения капельного электрода, включающее гибкий элемент; на фиг. 20 вид 3 на фиг о 19; на фиг, 21 - разрез И-И на фиг. 19; на фиг. 22 - разрез К-К на фиг, 20; на фиг, 23 - схема деформации гибкого элемента в поле электромагнита.

Устройство для воспроизведения капельного электрода включает капилляр 1, симметричный относительно оси 2, и электромагнит 3, симметричньй относительно оси 4. Оси симметрии 2 и 4 пересекаются под прямым углом. Электромагнит 3 состоит из цилиндрического сердечника 5 и обмотки 6, Е канале 7 капилляра 1 находится жидкая ртуть 8. На торце 9 капилляра 1 висит капля 10 ртути, служащая электродом. Капля Ю симметрична относительно оси 2, которая пересекает поверхность капли 10 в полюсе 11

г

0

5

точке, наиболее удаленной от торца капилляра.

Управляемое электромагнитом 3 звено выполнено в форме качалки 12 с осью 13, образованной шипами 14 и 15. Шипы имеют общую ось симметрии, которая совпадает с горизонтальной осью 16 подвеса качалки 12. Качалка подвешена на кольце 17, плотно одетом на капилляр 1, Шипы 14 и 15 входят в гнезда 18 и 19 опоры оси подвеса, выполненные на диаметрально противоположных сторонах кольца 17 и служащие опорами, фиксирующими положение оси 16 подвеса качалки в пространстве. Кольцо 17 имеет также вырез 20, облегчающий насадку кольца на капилляр.

Участок качалки 12, предназначенный для контакта с каплей 10 при ее удалении, вьшолнен в виде перекладины 21, ориентированный вдоль оси 16 подвеса качалки. Перекладина 21 расположена дальше от электромагнита 3, чем, торец 9 капилляра, с тем, чтобы ее встреча с каплей 10 происходила на пути перекладины к электромагниту (расстояние между двумя протяженными объектами равно минимуму расстояния между их точками),

Кроме того, перекладина 21 расположена дальше от оси 16 подвеса качалки, чем торец 9 капилляра, с тем,

0

чтобы в своем движении она не задевала капилляра. Как следствие, расстояние и от оси 16 подвеса качалки до перекладины 21 больше расстояния п1 от той же оси до торца 9 капилляра . (см, фиг, 4),

Перекладина 21 соединена с двумя штангами 22 и 23, ориентированными поперек оси 16 подвеса и разделенными -расстоянием 6 , превосходящим наруж- ньй диаметр d капилляра 1, Штанги соединены перемычкой 24, которая выполняет функцию противовеса перекладины 21 и, кроме того, упора ограничивающего ход качалки. В исходном положении качалки перемычка 24 касается боковой поверхности капилляра 1,

Каждая из щтанг 22 и 23 изогнута в плоскости, перпендикулярной оси 16 подвеса качалки, и имеет форму угла, обращенного верщиной 25 в сторону электромагнита 3. Перемычка 24 и изгиб щтанги обеспечивают отклонение перекладины 21 от капли 10 в исходном положении качалки.

7

KariHJEJiHp 1 с каплей 10 ртути на конце погружен в исследуемый жидкий раствор 26 электролита, залитьш до уровня 27 в сосуд 28. Стенка 29 сосуда пространственно изолирует ка- пилляр 1 с качалкой 12 от электромагнита 3, К полюсу 11 капли 10 подведен вспомог ательный электрод 30, состоящий из цилиндрического проводника 31 и изолирующей трубки 32 (см фиг. 2). Конец капилляра 1 выполнен с конической поверхностью 33, что облегчает доступ к капле 10.

Качалка 12 может быть выполнена без перемычки 24 (см. фиг. 5, 6). При этом исходное смещение перекладины 21 относительно капли 10 обеспечивается изгибом штанг 22 и 23. Противовесом перекладины служит участок штанги, прилегающий к месту изгиба. Капилляр 1 вьшолнен из фторпласта, качалка 12 - из ферромагнитного материала, например железа или никеля, с покрытием 34 из фторопласта.

После использования капли 10 в обмотку 6 электромагнита: 3 подают импульс тока, генерирующий в пространстве неоднородное магнитное поле На ферромагнитный материал качалки 12 действует сила, отклоняющая ее в сторону до предельного положения 35 (см. фиг. 2), после чего происходит отрыв капли от капилляра.

Б плоскости, проходящей через ос 2 и 4 симметрии капилляра и электромагнита, центр поперечного сечения перекладины 21 и точки этого сечения, экстремально удаленные от оси 16 подвеса, описывают, соответствен траектории 36, 37, 38 (см. фиг. 2) пересекающие поверхность капли Ю, но минующие полюс 11. Это дает возможность подвести к полюсу 11 вспомогательный электрод 30. После отрыва капли 10 и спада тока в обмотке 6 качалка 12 перемещается по инерции до крайнего положения 39, после чего под действием силы тяжести возвращается в исходное положение.

Качалка 12 вьтолнена с укороченными штангой 40 и перекладиной 41 (см. фиг. 7).

Штанги 42, шипы 43 и перекладина 44 выполнены из одной полосы путем ее изгиба и соединены с перемычкой 45. Для ограничения поворота такой качапки могут быть использованы

ю

5 0 5

о

5

0

5

0

стенки 46 гнезда, с.иужагщге упором для шипов 43 (см. фиг. 12).

Устройство для воспроизведения капельного электрода (см. фиг.14,15) включает капилляр 47 с каналом 48. Капилляр выполнен из несмачиваемого раствором материала, например из фторопласта. На диаметрально противоположных сторонах боковой поверхности капилляра выполнены Т-образные Пазы 49, в которые вставлена качалка 50 с шипами 51. Качалка содержит штанги 52, перемычку 53 и перекладину в форме пластины 54 с двумя отверстиями 55, через каждое из которых проходит одна из штанг 52 (см.фиг. 16).

Перемещением пластины 54 вдоль штанг 52 можно регулировать ее положение относительно капли 56, служащей электродом.

Фиксация пластины на штангах достигается ее плотной посадкой либо подпружиниванием штанг, т.е. их предварительной деформацией, стремящейся развести их. При срабатывании электромагнита 3 качалка 50 приходит в движение и пластина 54 описывает траекторию 57, сбивая каплю 56, смоченную мениском 58 раствора.

Устройство для воспроизведения капельного электрода в форме лежащей капли 59 (см. фиг. 17, 18) включает изогнутый капилляр 60 с торцом 61 и каналом 62, а также трубку 63. Капилляр и трубка заполнены ртутью 64. Вход 65 в канал из трубки перекрыт клапаном 66 в форме стержня с конической торцовой поверхностью. На капилляр одет хомут 67 с двумя гнездами 68 в пластинах 69 и с двумя выступами 70. Качалка 71 шипами 72 свободно установлена в гнезда 68. Ось 73 симметрии шипов является осью подвеса качалки 71. Лифт качалки органичен отогнутыми концами 74 шипов. Качалка содержит штанги 75, перекладину 76 и противовес 77 в форме перемычки между штангами.

При срабатывании электромагнита 3 качалка 7 поворачивается в гнездах 68 и перекладина 76 описывает траекторию 78, сбивая лежащую каплю 59, Поворот качалки ограничен выступом 70, с которым при прямом ходе качалки сталкивается противовес 77. Обратный ход качалки ограничен тем же выступом 70, который служит упором для штанги 75.

5

Устройство для воспроизведения капельного электрода(см. фиг. 19-23 включает капилляр 79, заполненный жидкой ртутью 80. У торца 81 капилляра висит капля 82 ртути, служащая электродом. Управляемое -электромагнитом 3 звено 83, имеющее возможность соударения с каплей 82, подвешено на гибком элементе - пружине в форме ленты 84. Один конец 85 лен ты скреплен со звеном 83, другой конец 86 - с кольцевым хомутом 87, плотно одетым на капилляр 79. Хомут состоит из утолщенной установочной части .88 и рукавов 89, разделенных вьфезом 90.

Взаимодействующий с капельным , электродом участок звена 83 выполнен в форме перекладины 91, ориентированной поперек ленты 84 и расположенной от электромагнита 3 дальше, чем то-- рец 81 капилляра. Два стержня 92 соединяют перекладину 91 с двумя штангами 93, которые прикреплены к ленте 84. Указанные элементы звена 83 выполнены из ферромагнитного материала с фторопластовым покрытием.

Расстояние С от торца 94 хомута до перекладины 91 больше расстояния g от торца 94 хомута до торца 81 капилляра. На хомуте установлен ограничитель 95 с упором 96, которьш касается штанг 93 в исходном положении звена 83, Электромагнит 3 уста новлен так, чтобы его ось симметрии 4 пересеклась с осью 97 симметрии капилляра 79.

При срабатывании электромагнита 3 штанги 93 отклоняются в-его сторону (см. фиг. 23), и перекладина 91 сбивает каплю 82. После выключения магнитного поля штанги 93 возвращаются пружинящей лентой 84 в исходное положение до упора 96. Возврат штанг не связан в данном варианте с действием силы тяжести, что может быть использовано, например, в условиях невесомости.

Возможно также применение неупругой ленты, например, из ткани либо замена ленты двумя или более нитями, В этих условиях действие гравитации на звено 83 может быть заменено либо усилено дейс;твием дополнительного магнита,, расположенного, например, под дном сосуда с электролитом, В качестве дополнительного может быть использован постоянный магнит либо электромагнит.

6

20

25

Штанги 93 круглого сечения могут быть заменены пластиной, ориентированной перпендикулярно ленте 84.

Устройство для воспроизведения капельного электрода работает сле- дуюшдм образом.

Жидкая ртуть 8 вытекает из канала 7 капилляра и образует каплю 10, висящую на торце 9 капилляра. 10 I Рост капли до ее отрыва происходит непрерывно либо может быть тановлен, например, путем перекрытия канала 7.

Каплю ртути 10 используют в каче- ., стве электрода, например, для определения содержания примесей в растворе 26. Для этого на определенной фазе роста капли измеряют зависимость тока через каплю от потенида- ла капли относительно вспомогательного электрода сравнения. По потенциалу, соответствующему волне тока, судят о природе примеси, а по высоте волны - о концентрации примеси.

После использования капли 10 в обмотку 6 электромагнита 3 подают импульс тока, генерирующий в пространстве неоднородное магнитное поле, напряженность которого убывает по мере удаления от сердечника 5 элек- v тромагнита. На ферромагнитный материал качалки 12 действует сила, стремящаяся переместить качалку в область с более высокой напряженностью магнитного поля.

Качалка 12 поворачивается в гнездах 18 и 19 кольца 17 вокруг оси 16 подвеса, перекладина 21 сталкивается с каплей 10 и отклоняет ее в ста- рону до предельного, положения 35 (см.фиг.2), после чего происходит отрыв капли от капилляра.

В плоскости, проходящей через оси 2 и 4 симметрии капилляра и электромагнита, центр поперечного сечения перекладины 21 и точки этого сечения, экстремально удаленные от оси 16 подвеса, описывают, соответственно j траектории 36, 37, 38 (см. фиг, 2), пересекающие поверхность капли 10, но минующие полюс 11. Это дает возможность подвести к полюсу 11 вспомогательный электрод 30.

После отрьша капли 10 и спада тока в обмотке 6 электромагнита качалка 12 перемещается по инерции до крайнего положения 39, после чего под действием силы тяжести возвра30

35

40

45

50

55

щается в исходное положение, фикси- рованное контактом перемычки 24 с боковой стенкой капилляра 1.

Капельньй электрод используют, в основном, в двух режимах - самопроизвольного непрерывного роста и управляемого ступенчатого роста.

В обоих режимах обратный ход качалки является холостым, т.е. не приводит к удалению новой капли, - в первом случае благодаря относительно медленному росту капли, которая за время обратного хода качалки не успевает достичь траектории 37 края перекладины 21 (см.фиг.2), во втором случае благодаря задержке в появлении капли.

При необходимости ход качалки поле удаления капли может быть ограничен введением дополнительного упора, например, путем приближения стенки 29 сосуда 28 к капилляру 1.

Выполнением опор оси подвеса качалки закрепленными на капилляре исключает необходимость юстировки качалки и капилляра перед опытом, обеспечивает работ оспособность устройства при изменении глубины погружения капилляра в раствор, облегчает изготовление устройства.

Данное вьшолнекие опои,а также расположение капилляра между электромагнитом и участком качалки, взаимодействующим с каплей жидкого металла обеспечивает доступ к полюсу капельного электрода в процессе измерения, позволяет повысить точность измерения потенциала при снятии вольтамперных кривых на электроде, получить дополнительные сведения о границею раздела фаз. Кроме того, в данном ; устройстве, в отличие от известного,

удаление капли осуществляется ударом по ней вдоль торца капилляра, что снижает расход энергии на удаление и за счет этого позволяет уменьшить массу управляемого электромагнитом

звена, сократить минимальное время необходимое для воспроизведения электрода, увеличить дистанцию управления качалкой - расстояние от капилляра до электромагнита.

fS

Формула изобретения

1. Ртутный капельный электрод для полярографических измерений, включающий заполненный жидкой ртутью капилляр и управляемую электромагнитом качалку, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения и упрощения устройства, качалка подвешена на капилляре и выполнена в виде перекладины, соединенной со щтангами, причем штанги с наб- жены противовесом, а перекладина расположена ниже торца капилляра на уровне ртутной капли с возможностью перемещения вдоль торца капилляра,

2. Электрод по П.1, отличающийся тем, что штанги выполнены изогнутыми. ; 3. Электрод по П.1, о т л и- 1чающййся тем, что штанги вы- ртолнены в виде гибких элементов.

ГЗ

/5 3 24 фиг.З

Buff В

ТЗ

Изобретение -относится к аналитической химии и может быть использовано в полярографическом анализе. Цель изобретения - упрощение устройства и повышение точности измерений. Цель достигается закреплением управляемой электромагнитом качалки 12 непосредственно на капилляре 1. заполненном жидкой ртутью. При этом качалка 12 вьшолнена в виде перекладины, соединенной со штангами. Штанги могут быть выполнены изогнутыми либо в виде гибких элементов. Это ис- ключает необходимость юстировки качалки и капилляра, что повьшает точность измерений. 2 з.п. ф-лы, 23 ил. L Ю 01 Ч СП и

..

22

21

г

с

д/

фиг.Э

(pas. 6

фиг.7

5

20 Г8

44

L

fpue.9 виЗД43

7

45

(f3US.11

фие.го

фие. 12

tpue.lS

4

53

--ФФ :55

Ч&аг. 16

64 66

78

257SOO

Видз

и- и

м я

фиг 2

Л -Л

фиг го

89

Фие.гг

Редактор А. Долинич

фиг 23

Составитель И. Рогаль Техред Л.Олейник

Заказ 4909/40 Тираж 778Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие,г.Ужгород, ул. Проектная, 4

Корректор т. Колб