Способ определения концентрации ионов в растворах Советский патент 1991 года по МПК G01N27/416 

1

(21)4748202/25 (22)12.10.89 (46)30.12.91. Бюл.

(71)Всесоюзный научно-исследовательский и конструкторский институт хроматографии

(72)О.А.Сагателян, А.В.Картавцев и Б.М.Кулаков

(53)543.257.1(088.8)

(56) Кулаков М.В. Технологические измерения и приборы для химических производств. М.: Машиностроение, 1974, с. 255-277.

Powley С.P., Anal. Chem. Acta, 1983, 152, p. 173-190.

(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ИОНОВ В РАСТВОРАХ

(57) Изобретение относится к способам определения концентрации ионов в водных растворах и может найти применение в устройствах аналитического контроля в сильно загрязненных средах с целью упрощения способа измерения. Цель достигается тем, что к электродной системе, состоящей из ионоселективного электрода с твердоэлект- ролитной мемраной, обладающей селективной электропроводностью по определяемому типу иона и вспомогательного инертного электрода, прикладывают биполярные импульсы напряжения с амплитудой 0,8-2,0 В и длительностью каждого импульса 15-20 с, причем измерение тока производят в момент воздействия импульса напряжения, полярность которого противоположна знаку определяемого иона. 1 ил.

(Л

Изобретение относится к способам определения концентрации ионов в растворах и может быть использовано в устройствах аналитического контроля в сильно загрязненных средах.

Цель изобретения - упрощение способа измерения,

Способ реализуется при помощи устройства, представленного на чертеже,

Импульсы напряжения от источника питания 1 через группу контактов 2 реле времени 3 подают на электродную пару, состоящую из измерительного 4 и инертного вспомогательного 5 электродов, находящихся в ячейке 6 с анализируемым раствором 7 и мешалкой 8. Ток в цепи измерительного электрода 4, измеряемый при помощи микроамперметра 9, пропорционален концентрации определяемых ионов.

При подаче напряжения на электродную систему диссоциированные ионы начинают двигаться к противоположно заряженным электродам. Полярность измерительного электрода должна быть противоположной знаку заряда определяемого иона. В качестве измерительного используется электрод с твердоэлектролитной мембраной 10.

Вследствие специфичности строения кристаллической решетки твердого электоо- лита ток через мембрану измерительного электрода обусловлен только ионами определяемого компонента. Следовательно, электрический ток в цепи измерительного электрода пропорционален концентрации определяемого типа иона и практически не зависит от неопределяемых компонентов раствора.

В процессе измерения, особенно в сильно загрязненных растворах, к электродной системе движутся не только определяемые ионы, но и другие присутствующие в

л

ю со ы

анализируемом растворе ионы и загрязненные частицы.

При этом происходит концентрирование у поверхности измерительного электрода ионов других типов, которые вследствие специфичности свойств твердоэлектролит- ной мембраны не могут проникать вглубь ее, а накапливаются на поверхности, образуя нерастворимые соединения и конгпомера- ты. Это приводит к загрязнению активной поверхности электродов,контактирующих с анализируемым раствором слоем осадков, частичному экранированию измерительной системы и, как следствие, дрейфу показаний. Указанный недостаток характерен для всех электрохимических методов измерений (потенциометрии, кулонометрии, кон- дуктометрии, прототипа) при работе в сильно загрязненных растворах.

Для устранения дрейфа показаний, вызванного загрязнением электродной системы, достижения самоочистки электродов, а также исключения возможности поляризации электродов, в предлагаемом способе после каждого полупериода измерения тока к электродной системе прикладывается равный по амплитуде и длительности, но противоположный по знаку измерительному, импульс напряжения. При этом электрическое поле отталкивает осевшие частицы от поверхности измерительной твердоэлект- ролитной мембраны и вспомогательного электрода. Данный процесс самоочистки электродной системы позволяет повысить воспроизводимость показаний и увеличить интервал между техническими обслуживания ми системы.

Использовались твердоэлектролитные мембраны из солей 99,2% + 0,8% EuF2 для определения концентраций ионов фтора и Ag2S для определения концентраций ионов сульфида.

В качестве вспомогательного электрода использовался платиновый электрод, который при приложении внешнего напряжения не теряет своих свойств за счет необратимого электрохимического взаимодействия с компонентами анализируемого раствора, что присуще хлорсеребряному электроду, используемому в прототипе.

Экспериментальные данные по воспроизводимости данных измерения системы в процессе эксплуатации в загрязненных средах для случаев определения фтор - и сульфид-ионов при различных напряжениях питания в течение 30 сут представлены в

табл. 1 и 2 соответственно. Данные приведены для случаев измерения концентрации ионов фтора моль/дм3 и ионов сульфида 10 моль/дм . В случае измерения более

высоких концентраций указанных ионов воспроизводимость результатов измерения существенно улучшается.

Как следует из табл. 1 и 2 оптимальный с TO4kn зрения воспроизводимости результатов измерений диапазон напряжений питания составляет 0,8-2,0 В. Этому же диапазону соответствует и максимум чувствительности и линейности метода. При напряжениях питания менее 0,8В

воспроизводимость и чувствительность способа существенно уменьшаются, ввиду сравнимости величин напряжения питания и потенциала двойного электрического слоя измерительного электрода. При увеличении

напряжения питания выше 2,0 В возможно втягивание неопределяемых типов ионов с зарядом того же знака, что и у определяемого сильным электрическим полем в верхний слой ионной кристаллической решетки мембраны измерительного электрода, это приводит к снижению воспроизводимости ре- зультатов измерений.

Время установления показаний было определено экспериментально и составляет

15-20 с.

Использование способа позволяет упростить процесс определения концентрации ионов, повысить воспроизводимость анализа и увеличить интервал между техническими обслуживаниями системы.

Формула изобретения Способ определения концентрации ионов в растворах, включающий измерение

электрического тока, проходящего через электродную систему, состоящую из ионо- селективного электрода с твердоэлектро- литной мембраной, обладающей селективной электропроводностью по определяемому иону, и вспомогательного электрода при приложении импульсов внешнего напряжения, отличающийся тем, что, с целью упрощения способа, в качестве вспомогательного электрода исполььуют

инертный в анализируемой среде электрод, амплитуда биполярных импульсов составляет 0,8-2,0 В при длительности импульса 15- 20 с, причем ток измеряют в момент воздействия на систему импульса напряжеимя, полярность которого противоположна знаку определяемого иона.

Т а б-л и ц а 1

Таблица 2