Устройство для приложения постоянного электрического поля к электролиту рабочей части ячейки Советский патент 1991 года по МПК G01N27/26 

Изобретение относится к области анализа или получения материалов с помощью электрических или электрохимических средств и может быть использовано в области электрокинетических (например, электрофорез) или электрохимических (например, аналитический электролиз при контролируемом потенциале) процессов анализа или получения веществ.

Цель изобретения - поддержание постоянной величины и направления электрического поля и сохранение основных свойств электролита рабочей ячейки при проведении электрокинетических и электрохимических процессов.

На фиг.1 и 2 представлены функциональная схема устройства с четырьмя подводящими электродами и диэлектрические пластины.

Устройство содержит источник 1 постоянного тока, электродвигатель 2, вал 3, переключатель для перемены полярности напряжения на подводящих электродах 4, гидромеханический переключатель 5, рабочую часть ячейки 6, обьем электролита 7, подводящие электроды 8, подводящие провода 9. Переключатель для перемены полярности напряжения состоит из двух диэлектрических пластин 10 и 11, скользящих контактов 12, проводников 13, соединяО 00

о

00 00

VI

ющих скользящие контакты 12 с подводящими электродами 8. Верхняя пластина 10 переключателя полярности не связана с валом 3 и неподвижно закреплена на несущей конструкции (не показана). На поверхность пластины 10 нанесены две проводящие дорожки 14 (фиг.2), выполненные в виде противолежащих участков кольца. На эти дорожки с помощью подводящих проводов 9 подается напряжение от источника 1. Нижняя пластина 11 переключателя полярности жестко связана с валом 3 и вращается вместе с укрепленными на ней скользящими контактами 12. Скользящие контакты размещены через каждые 90° по дуге окружности с центром, лежащим на оси вращения (на фиг. 1 два из них несколько смещены для наглядности). Указанные контакты скользят по проводящим дорожкам 14, Так как одновременно по крайней мере два контакта должны контактировать с дорожками, дуга каждой проводящей дорожки 14 несколько больше 90°. На валу 3 укреплена вращающаяся часть 15 гидромеханического переключателя 5, представляющая собой цилиндр из диэлектрического материала с четырьмя внутренними каналами 16, размещенными через 90° по дуге окружности с центром, лежащим на оси вращения, Вращающаяся часть 15 вставляется в неподвижную часть 17 гидромеханического переключателя, выполненную также из диэлектрического материала. Совместная с вращающейся частью внутренняя поверхность неподвижной части представляет собой боковую поверхность и основание цилиндра. В основании неподвижной части имеются два канала 18, соединенных постоянно с рабочей частью ячейки 6. Размеры и положение каналов 18 выбираются такими, чтобы обеспечить совмещение с ними по крайней мере двух каналов 16. Подводящие электроды, помещенные в эти два канала 16, через электролит в каналах 16 и совмещенные с ними в данный момент времени каналы 18 имеют контакт с рабочим электролитом 7, Два других подводящих электрода, помещенные в другие каналы 16, изолированы от электролита 7.

Для уменьшения трения между вращающейся 15 и неподвижной 17 частями гидромеханического переключателя можно устранить контакт между основаниями этих частей. С этой целью каналы 16 во вращающейся части выполняют в виде двух отверстий с взаимно перпендикулярными пересекающимися осями, а каналы 18 в неподвижной части - в виде полостей в ее боковой поверхности, имеющих возможность совмещаться с указанными каналами во вращающейся части.

Для улучшения уплотнения гидромеханического переключателя совмещенные поверхности вращающейся 15 и неподвижной 17 частей выполняют конусообразными.

Устройство работает следующим образом,

В каналы 16 и 18, а также в рабочую

0 часть ячейки 6 заливают электролит и погружают в него подводящие электроды 8. От источника 1 на дорожки 14 пластины 10 пе- .реключателя полярности 4 подается постоянное напряжение, которое через

5 скользящие контакты 12 и проводники 13 прикладывается к подводящим электродам 8.

Пусть для определенности в момент времени t 0 к двум противолежащим элек0 тродам приложено разнополярное напряжение U и в этот момент они имеют контакт с разными областями электролита 7 (с катодной и анодной), Таким образом, к электролиту 7 прикладывается электриче5 ское поле определенного направления и величины. Электродвигатель 2 приводит во вращение вал 3 и вместе с ним вращаются укрепленные на валу пластины 11 переключателя полярности вместе со скользящими

0 контактами 12, а также часть 15 гидромеханического переключателя 5 вместе с подводящими электродами 8. После начала вращения, примерно в момент времени t Т/8 (где Т - время проведения процесса),

5 на другой паре подводящих электродов 8, изолированных от электролита 7, меняется полярность приложенного напряжения из- за поворота соединенных с ними скользящих контактов 12 относительно дорожек 14.

0 При дальнейшем повороте части 15 эта пара электродов вступает в контакт с электролитом 7. После этого в момент t Т/4 первая пара электродов теряет контакт с электролитом, примерно в момент t ЗТ/8 на них с

5 помощью переключателя 4 меняется полярность, напряжения, при дальнейшем повороте части 15 они вновь вступают в контакт с электролитом 7, но ухо изменив область контакта (с анодной на катодную и наобо0 рот). После этого в момент t Т/2 изолируется вторая пара электродов, через промежуток времени Т/8 на них меняется полярность напряжения, потом восстанавливается контакт с одновременным измене5 нием области контакта. В момент ЗТ/4 изолируется первая пара подводящих электродов, через промежуток времени Т/8 на них вновь меняется полярность приложенного напряжения, и все вышеуказанные процессы повторяются периодически с периодом Т в течение всего электрокинетического процесса При этом разность потенциалов U, приложенная к электролиту 7, а также текущий через него ток 1 остаются постоянными в течение периода Т.

При реализации устройства использовали обратимые электроды Cu-CuS04, отде- ленные от рабочего электролита полиакриламидными ион проницаемыми перегородками. Неподвижную часть гидромеханического переключателя изготовляли из диэлектрика-оргстекла, а вращающуюся - из диэлектрика капролона. В качестве рабочего электролита использовали буферные растворы с добавлением NaCI, pH которых варьировали от 3 до 8; удельную проводимость варьировали от 5 -10 до Ом . Вращающиеся детали переключателей приводили в действие электродвигателем, делающим 2,5 об/мин, Следовательно, период переключения напряжения на подводящих электродах Т 0,4 мин.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет поддерживать величину и направление рабочего поля в электролите без изменения его основных свойств.

Формула изобретения Устройство для приложения постоянного электрического поля к электролиту рабочей части ячейки, содержащее подводящие

электроды, источник постоянного тока, переключатель полярности напряжения на подводящих электродах, камеру с электролитом, отличающееся тем, что, с целью поддержания постоянных величины и на0 правления электрического поля без изменения основных свойств электролита рабочей части ячейки, оно дополнительно содержит не менее одного подводящего электрода и установленный на одной оси вращения с

5 переключателем полярности гидромеханический переключатель, состоящий из неподвижной части с двумя внутренними каналами, заполненными электролитом и соединенными с рабочей частью ячейки, и

0 подвижной части, содержащей не менее трех внутренних каналов с подводящими электродами и заполненных электролитом, причем подвижная часть помещена в неподвижную часть и закреплена так, что не ме5 нее двух каналов подвижной части имеют контакт с электролитом рабочей части ячейки.

Г

Фиг.1

Фиг. 2

Изобретение относится к области электрокинетических или электрохимических процессов анализа или получения веществ. Целью изобретения является поддержание постоянными величины и направления электрического поля без изменения основных свойств электролита рабочей части ячейки. Устройство содержит три или более подводящих электродов, объем с электролитом, источник постоянного тока, переключатель для перемены полярности напряжения на подводящих электродах и установленный с ним на одной оси гидромеханический переключатель. Последний состоит из вращающейся и неподвижной частей. Неподвижная часть гидромеханического переключателя имеет два внутренних канала, заполненных электролитом и соединенных с рабочей частью ячейки. Вращающаяся часть переключателя имеет число каналов, соответствующее числу подводящих электродов, которые погружены в электролит, заполняющий каналы. Вращающаяся часть вставлена в неподвижную часть таким образом, чтобы по крайней мере два канала вращающейся части имели контакт с электролитом рабочей части ячейки за счет периодического совмещения с каналами неподвижной части.2 ил. Ё