Устройство для измерения концентрации сероводорода в газах Советский патент 1992 года по МПК G01N27/416 

Изобретение относитсй к электрохимическим устройствам для определения концентрации сероводорода в газах и может найти применение в химической, газ перерзбатьгвающей и других отраслях про мышлённости.

Известно устройство для определения концентраций сероводорода, состоящее из измерительной ячейки, в которую осущест вляется непрерывная принудительная подача анализируемого газа и щелочного абсорбирующего раствора с последующим измерением концентрации образуюи4ихся сульфид-ионов при помощи электродной пары.

Недостатками данного устройства являются его сложность, энергоемкость, значительные габариты, а также необходимость в относительно частом профилактическом обслуживании.

Известно также устройство для определения концентрации сероводорода, представляющее собой корпус с газопроницаемой мембрансн), в который залит индикаторный раствор, и установленными в нем измерительным сульфидсеребряным и вспомогательным проволочным хлорсеребряным электродами.

Недостатками указанного устройства являются плохая динамика, особенно при переходе с большей концентрации на меньшую, а также плохая воспроизводимость и невозможность длительных измерений концентрации сероводорода из-за отравления проволочного хлорсеребряного электрода, так как при попадании ионов сульфида в индикаторный раствор на поверхности хлорсеребряногб электрода образуется сульфид серебра, в результате чего ecnoi oгательный электрод приобретает сульфидную функцию, и датчик выходит из строя.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для определения концентрации сероводорода, состоящее из измерительного серебряного ионселективного электрода, закрепленного в полиэтиленовом корпусе, и вспомогательного электрода, опущенного в камеру, заполненную влажной неорга 1ической солью (например, хлоридом калия), электрический контакт которой с тонким слоем индикаторного раствора в торцовой части измерительного электрода осуществляется с помощью наклонного канала.

К недостаткам известного устройства относятся низкая селективность измерения вследствие воздействия на серебряный электрод всех компонентов, образующих с серебром труднорастворимые соединения (С1, Вг, CN, СОз , NOa ). В результате взаимодействия с этими компонентами меняются характеристики измерительного электрода (отравление электрода). Кроме того, сероводород, проникая через канал в кдмеру вспомогательного электрода, отравляет и его, так как произведение растворимости сульфида серебра ,0 10 значительно меньше произведения растворимости хлористого серебра ,7810. Это приводит к потере работоспособности вспомогательного электрода за счет приобретения им сульфидной функции, что значительно ограничивает долговечность устройства.

Целью изобретения является повышение селективности, стабильности показаний 80 времени и надежности в работе устройства.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для измерения концентрации сероводорода, представляющем собой корпус с измерительным и вспомогательным электродами, погруженными в измерительную, контактирующую с анализируемым газом, и вспомогательную камеры, заполненные индикаторным раствором и соединенные между собой наклонным каналом, измерительный электрод представляет собой сульфидсеребряный электрод, нижняя часть камеры вспомогательного электрода

заполнена гранулами активированного угля, пропитанного двуокисью марганца, причем диаметр наклонного канала меньше диаметра гранул а объем вспомогательной

камеры превышает обьем измерительной камеры.

Использование сульфидсеребряного электрода, обладающего селективной чувствительностью только к ионам сульфида и не

реагирующего на другие неизмеряемые компоненты, а также указанное выполнение камеры вспомогательного электрода обеспечивают повышение селективности устройства, а также стабильности показаний во

времени и надежности.

На чертеже изображено предлагаемое устройство.

Устройство состоит из корпуса 1, в котором выполнены камера 2 измерительного

сульфидсеребряного электрода 3 и камера 4 вспомогательного хлорсеребряного электрода 5. Нижняя часть камеры вспомогательного электрода заполнена гранулами активированного угля 6, пропитанного двуокисью марганца. Камера вспомогательного электрода и камера измерительного электрода соединены между собой наклонным каналом 7, причем обьем камеры вспомогательного электрода значительно

превышает объем камеры измерительного электрода, а диаметр наклонного канала меньше диаметра гранул. Камеры заполнены индикаторным раствором 8. От анализируемой среды измерительный электрод

отделен газопроницаемой мембраной 9.

Устройство работает следующим образом.

Анализируемый газ под .воздействием градиента концентрации диффундирует через газопроницаемую мембрану 9, взаимодействуя с тонким слоем индикаторного раствора 8, находящимся между газопроницаемой мембраной 9 и торцевой частью измерительного электрода 3, где находится

его чувствительная мембрана. В результате этого взаимодействия происходит изменение концентрации определяемого типа ионов, воздействующих на чувствительную мембрану измерительного электрода, что

приводит к изменению ЭДС электродной пары, а следовательно, и выходного сигнала датчика,

Вэаимодействие сероводорода с индикаторным раствором происходит согласно

следующим уравнениям реакций;

Hzsbr HS

(1) (2)

Hs; . где Ki и К2 - константы первой и второй ступеней диссоциации сероводорода в во де. Применяя закон действующих масс к уравнениям (1) и (2), получаем . (3) Гн Та КИМ образом, концентрация образующихся в индикаторном растворе ионов S однозначно связана с измеряемой концентрацией сероводорода, если рН в процессе измерения практически неизменен, что достигается использованием 8 качестве индикаторного раствора буферных растворов. При образовании в растворе сульфидионов происходит постепенное отравление ими вспомогательного хлорсеребряного электрода, особенно вслучае йспользования проволочного электрода, представляющего собой серебряную проволоку, покрытую слоем хлорида серебра. При этом образуется слой сульфида серебра, произведение растворимости которого меньше произведения растворимости хлорида серебра на 40 порядков. В результате этого хлорсеребряный электрод приобретает сульфидную функцию, превращаясь в сульфидсеребряный электрод, что приводит к выходу датчика из строя. Аналогичные процессы происходят и на поверхности измерительного электрода в том случае, если используется серебряный электрод. В случае заполнения камеры вспомогательного электрода гранулами активированного угля, пропитанного двуокисью марганца, происходит окисление сульфидионов двуокисью марганца до элементарной серы, абсорбирующейся на активных центрах активированного угля. В результате этого состав индикаторного раствора в камере вспомогательного электрода сохраняется практически, неизменным в течение длительного периода времени непрерывной работы и не содержит мешающих ионов, отравляющих электрод, что увеличивает интервал его работы без замены раствора и стабильность потенциала электрода во времени. Кроме того, дополнительно улучшается динамика работы всего устройства в целом, так как при отсутствии данного слоя гранул происходит диффузия сульфид-ионов внутрь индикаторного раствора и при последующем уменьшении концентрации сероводорода в анализируемом газе обратная диффузия из глубины раствора протекает длительное время; что существенно влияет на динамические характеристики устройства. Для приготовления активированного угля, пропитанного двуокисью марганца, необходимо растворить в дистиллированной воде сульфат марганца и пропитывать им уголь в течение суток. После этого слить раствор, залить уголь дистиллированной водой и добавлять аммиачную воду до щелочной реакции рН 7), оставить на 2-3 ч, после чего тщательно промыть. При этом происходит осаждение двуокиси марганца непосредственно на поверхности гранул активированного угля. Для предотвращения проскальзывания гранул активированного угля, пропитанного двуокисью марганца, в камеру измерительного электрода диаметр наклонного канала выбран меньше диaмefpa используемых гранул. Для получения оптимальных динамических характеристик, которые зависят, в основном, от величины жидкостных зазоров в камере измерительного электрода, зазор между электродом и стенками камеры и зазор мехсду торцовой частью электрода и газопроницаемой мембраной минимизируются. Обьем индикаторного раствора, находящегося в камере измерительного электрода, при этом становится минимальным и при возможном испарении части раствора через газопроницаемую мембрану или верхнее уплотнение злектрода происходят разрыв контакта и быстрый выход устройства из строя. Для предотвращения этого камера вспомогательного электрода выполнена большего обьема и является емкостью для запасного индикаторного раствора, из которой он поступает по мере уменьшения количества раствора в камеру измерительного электрода, что также увеличивает время непрерывной работы устройства. Повышение селективности и надежности работы устройства достигается за счет использования в устройстве в качестве измерительного сульфидсеребряного электрода, обладающего селективной чувствительностью только к ионам сульфида. В известном устройстве, в котором использует-. ся серебряный электрод, наблюдаются его реагирование на большое количество неизмеряемых компонентов и постепенный выход электрода из строя за счет образования на его поверхности труднорастворимых соединений серебра. При использовании сульфидсеребряного электрода данных нежелательных явлений не происходит. . Рекомендуется рабочая область температур предлагаемого устройства +60 С. При температурах выше +60°С ухуд

Изобретение относится к эле%|>&иче- ским устройствам для определения кёнцен- трации сероводорода в газах м>&1(?жёт найти применение в химическо<)« гадогтерерабаты-' вающей и других отраслях промышленно-сти. Целью изобретения является повышение селективности, стабильности показаний во времени и надежности в работе устройства. Устройство состоит из корпуса с измерител ь н ым сул ьфидсеребря н ы м и вспомогательным хлорсеребряным электродами, погруженными в измерительную, контактирующую с анализируемым газом, и вспомогательную камеры, заполненные индикаторным раствором и соединенные между собой наклонным каналом. Нижняя часть камеры вспомогательного электрода заполнена гранулами активированного угля, пропитанного двуокисью марганца, причем диаметр наклонного канала меньше диаметра гранул, а объем вспомогательной камеры превышает объем измерительной камеры. Устройство позволяет повысить селективность измерения концентрации сероводорода, стабильность потенциала во времени и надежность в работе устройства, 1 ил.