Устройство контроля электрохимических приборов Советский патент 1988 года по МПК G01N27/48 

I1140

Изобретение относится к измери тельной технике и предназначено для контроля работоспособности электро- лимических приборов (полярографов, инверсионных вольтамперометрических iнaлизaтopoв, инверсионных хронопо- генциометров и т.п.) в процессе их создания и эксплуатации и может быть 1рименено в радиоэлектронной промыш- ленности при разработке, производст- зе электрохимических приборов, в других отраслях промышленности при настройке, эксплуатации электрохимических приборов.

Цель изобретения - повьшение точ- iocTH моделирования вольтамперометрических измерений и расширение области применения за счет возможности моделирования инверсионных вольтам- перометрических и хронопотенциометри- ческих процессов анализа.

На чертеже изображена функциональная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит входные клем- мы, соответствующие вспомогательному 1 и индикаторному 2 электродам, и электроду 3 сравнения, конденсаторы 4 и 5, резисторы 6-12, полупроводниковые диоды 13-17, источники 18-20 пи- тания, выключатель 21, стабилизатор 22 тока, элемент ИЛИ 23, стабилизатор 24 напряжения, делитель 25, интегра- {тор 26, в котором конденсатор 27 оп- 1ределяет постоянную времени интегри-

|рования. Между индикаторным 2 и вспо- |могательным 1 электродами включены Iдвухполюсник в виде параллельно сое- |диненных резистора 6 и конденсатора 4 и три электрические цепи: первая цепь состоит из последовательно соединенных источника 18 тока, диода 13, резистора 7, вторая - из источника 19 тока, диода 14, резистора 18, третья - из источника 20 тока, диода 15 резистора 10, стабилизатора 22 тока и параллельно соединенных выключателя 21, резистора 9 и конденсатора 5. Вход интегратора 26 соединен через, делитель 25 с резистором 10, который включен между стабилизатором 22 и диодом 15, при этом параллельно конденсатору 27, определяющему постоянную времени интегратора 26, включены резистор 12 и два последовательно соединенных диода 16 и 17, а выход интегратора через стабилизатор 24 напряжения связан с первым входом элемента ИЛИ 23, второй вход которо

IQ 15

0

5 30,с

го соединен с входной клеммой Вспомогательный электрод, а выход через резистор 11 соединен с входной клем5

о

0

5

мой - Электрод сравнения, причем ин-; формационный вход стабилизатора 24 напряжения соединен с источником 20 тока.

Устройство работает следующим образом.

Конденсатор 4 моделирует заряд двойного электрического слоя, резистор 6 - фарадеевскую составляющую остаточного тока, резистор 11 - внутреннее сопротивление электрода сравнения. При замкнутых контактах выключателя 21 моделируется ячейка со стационарными условиями диффузии (раствор интенсивно перемешивается, режим, используемый в инверсионных электрохимических методах анализа в стадии осаждения).

Возникновение предельного тока моделирует стабилизатор 22 тока. Величина концентрации анализируемых ионов задается силой тока стабилизатора 22. Потенциал полуволны определяется напряжением источника 20 тока. Резистор 7 определяет наклон ветви вольтампе- рограммы. Таким образом, при увеличении катоДно-го потенциала на индикаторном электроде появляется фоновый ток (определяемый резистором 6 и конденсатором 4), затем по достижении потенциала источника 20 тока диод 15 открывается, возникает ток, который определяется стабилизатором 22 тока.

При увеличении катодного потенциала до величины источника 18 тока открывается диод 13, и через резистор 7 возникает ток, который моделирует разряд фонового электролита и выделение водорода на индикаторном электроде. Вьщеление кислорода в анодной области потенциалов моделирует электрическая цепь из источника 19 тока, диода 14 и резистора 8, Потенциал выделения кислорода определяется источником тока. Величина резистора 8 определяет наклон вольтамперограммы.

Если контакты выключателя 21 разомкнуты, моделируется ячейка с не- стационарньми условиями диффузии (раствор не перемешивается, режим, используемый в полярографии), В этом случае в диффузионной области концентрация анализируемых ионов уменьшается в .результате их разряда на индикаторном электроде, соответственно

уменьшается ток разряда анализируемых ионов. Этот процесс моделируется зарядом конденсатора 5. В первьй момент времени конденсатор 5 разряжен, и ток, протекающий через него, максимальный (определяется стабилизатором 22), затем по мере разряда конденсатора ток через него снижается до нуля (моделируется полный разряд анализируемых, ионов в диффузионной области) . Резистор 9 определяет миграционный ток через ячейку.

Выделение анализируемого вещества на индикаторном электроде при превы тении равновесного потенциала на 0,1 0,2 В моделируется резистором 10. Т.е. для выхода стабилизатора тока на заданный режим необходимо превысить не только напряжение источника 20 тока (и прямое падение напряжения на диоде 15), но и падение напряжения на резисторе 10. В стадии катодного электроосаждения напряжение с резистора 10 поступает через делитель 25 на интегратор 26. На выходе последнего пропоционально времени осаждения формируется линейно возрастающее напряжение. Сигнал с выхода

При использовании устройства для контроля инверсионных полярографов (дифференциально-импульсных или с линейной разверткой потенциалов) вс стадии за исключением анодног о элек рорастворения проходят идентично методу инверсионной хронопотенциомет рии. В стадии электрорастворения пр подходе потенциала развертки к Еу

интегратора 26 поступает на вход ста- зо возникает пик анодного растворения.

билизатора 24 напряжения, который ограничивает на пряжение до величины tg. Поскольку входное напряжение на электродах 1 и 2 выше, чем напряжение с выхода стабилизатора 24, на электрод 3 через элемент ИЛИ 23 поступает входное напряжение. В стадии успокоения раствора обычно ток через ячейку не пропускают, поэтому конденсатор 4 быстро разряжается через резистор 6, и напряжение на клемме 3 определяется выходным напряжением стабилизатора 24.

Растворение анализируемого вещества под действием растворенного кислорода моделируется током разряда кон - денсатора 27 через резистор 12. Величина тока на последнем определяет утечку конденсатора 27 или в реальной ячейке степень удаления растворенного кислорода из электродной ячейки.

В стадии электрорастворения полярность входного тока изменяется. При этом блокируется стабилизатор тока, а вход интегратора через заблокиро- ванньй стабилизатор тока и выключатель 21 подключается к входной клемме 1 - на вход интегратора поступа35

40

Причем высота пика определяется как скоростью развертки потенциала,, так напряжением на выходе интегратора. Площадь под пиком определяется толь ко напряжением на выходе интегратор

Результаты испытания устройства показали его универсальность, эффек тивность и работоспособность. Для осздцествления предлагаемого изобрет ния не требуются капитальные затрат и специальное оборудование.

Устройство точнее моделирует эле рохимическую ячейку и может моделир вать электрохимическую ячейку, рабо тающую в следующих режимах: инверси ной хронопотенциометрии, инверсионной вольтамперометрии, инверсионной дифференциально-импульсной вольтамп рометрии, разряда ионов фонового eg электролита и выделения водорода на индикаторном электроде, возникновен остаточного тока (фарадеевской составляющей) , разряда анализируемых ионов в условиях стационарной диффузии.

45

55

Формула изобретени

Устройство для контроля электрохимических приборов, содержащее дву полюсник, выполненный в виде парал

ет напряжение в зависимости от потенциала клеммы, 1. Штегратор реверсируется - напряжение на выходе интегратора уменьшается. В стадии регенерации индикаторного электрода анодный ток обычно скачком увеличивают. В этом случае происходит дальнейшая перезарядка конденсатора 27 до напряжения, определяемого моментом открытия диодов 16 и 17. Это небольшое напряжение моделирует окисленное состояние индикаторного электрода. Заряд конденсатора 27 в следующий цикл измерения начинается не с нуля, а с некоторой величины, характеризующей количество электричества, необходимое для снятия хемо- сорбированного кислорода с индикаторного электрода.

При использовании устройства для контроля инверсионных полярографов (дифференциально-импульсных или с линейной разверткой потенциалов) все стадии за исключением анодног о электрорастворения проходят идентично методу инверсионной хронопотенциомет- рии. В стадии электрорастворения при подходе потенциала развертки к Еу

возникает пик анодного растворения.

5

0

Причем высота пика определяется как скоростью развертки потенциала,, так напряжением на выходе интегратора. Площадь под пиком определяется только напряжением на выходе интегратора.

Результаты испытания устройства показали его универсальность, эффективность и работоспособность. Для осздцествления предлагаемого изобретения не требуются капитальные затраты и специальное оборудование.

Устройство точнее моделирует электрохимическую ячейку и может моделировать электрохимическую ячейку, работающую в следующих режимах: инверсионной хронопотенциометрии, инверсионной вольтамперометрии, инверсионной дифференциально-импульсной вольтамперометрии, разряда ионов фонового g электролита и выделения водорода на индикаторном электроде, возникновения остаточного тока (фарадеевской составляющей) , разряда анализируемых ионов в условиях стационарной диффузии.

5

5

Формула изобретения

Устройство для контроля электрохимических приборов, содержащее двухполюсник, выполненный в виде паралл€|льно соединенных резистора и кон- де1нсатора, и две цепи, каждая из которых состоит из последовательно соединенных источника тока, диода и резистора, отличающееся , что, с целью повьшения точности мс|делирования вольтамперометрических измерений и расширения области применения, в него дополнительно введе- нн делитель, стабилизатор напряжения элемент ИЛИ, интегратор, в котором параллельно конденсатору, определяю- щ(;му постоянную времени интегратора, подключены резистор и два последовательно соединенных диода, и включенная между входными клеммами: Индикаторный электрод - Вспомогательный электрод дополнительная цеп.

состоящая из последовательно соединенных источника тока, диода, резистора, стабилизатора тока и параллельно соединенных выключателя, резистора и конденсатора, при этом вход интегратора через делитель соединен с резистором, который включен в дополнительной цепи между стабилизатором тока и диодом, а выход интегратора через стабилизатор напряжения связан с первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с входной клеммой Вспомогательньй элект Q

15 род а выход - через резистор с клеммой Электрод сравнения, причем вход стабилизатора напряжения соединен с источником тока дополнительной

цепи.

Изобретение относится к измерительным приборам, предназначенным для контроля злектрохимических приборов: полярографов и хронопотенциометров с использованием имитаторов электрохимической ячейки. Цель - повышение точности моделирования вольтамперо- метрических измерений и расширение области применения. Для зтогр в устройство, содержащее двухполюсник, выполненный в виде параллельно соединенных резистора и конденсатора, и две цепи, состоящие из последовательно соединенных источника тока, диода и резистора, дополнительно вводят делитель, стабилизатор напряжения, элемент ИЛИ, интегратор и дополнительную цепь из последовательно соединенных источника тока, диода, резистора, стабилизатора тока и параллельно соединенных выключателя, резистора и конденсатора. Устройство позволяет моделировать электро- химические процессы, включая инвер- , сионную вольтамперометрию и хроно- потенциометрию. 1 ил. с S (Л ф о 00 оэ 42ь м

/5 /7