Ионометрическая ячейка для проточного анализа Советский патент 1992 года по МПК G01N27/333 

Изобретение относится к потенциомет- рическим методам анализа с использованием ионоселективных электродов (ИСЭ), в частности к проточным методам, и может быть использовано для ускоренного анализа растворов с различным солевым составом.

Известно несколько основных классов проточных ячеек с ИСЭ, используемых в качестве детекторов в проточных методах анализа: трубчатые, каскадные, тонкослойные и типа отражающая стенка.

Трубчатые и каскадные ячейки позволяют проводить 5 - 60 определений в час. Ячейка типа отражающая стенка позволяет получать небольшие времена отклика, однако, те из них, которые используются в проточных анализаторах, не показывают высокой производительности.

Известны проточные ячейки, позволяющие проводить 60 - 240 определений в час. Поток раствора по каналу, расположенному под углом к поверхности мембраны ИСЭ, подается на горизонтально расположенную мембрану ИСЭ и затем по другому каналу отводится к электроду сравнения.

Для большинства ячеек, используемых в проточном анализе, недопустимо попадание пузырьков газа или смеси газов, сегментирующих поток, на мембраму ИСЭ, так как это вызывает разрыв гальванической цепи. Предварительно удаление пузырьков перед

|

Ч)

со Ј

подачей потока на мембрану ИСЭ вызывает снижение производительности и точности определений.

Недостатком известных конструкций ячеек является низкая производительность измерений и, в большинстве случаев, невысокая точность определений.

Наиболее близкой к изобретению является ячейка, в которую поступает раствор, сегментированный пузырьками воздуха. Ячейка имеет два канала, по которым анализируемый раствор дважды проходит вдоль мембраны ИСЭ. Такая конструкция ячейки позволяет проводить измерение ЭДС одновременно в двух точках анализируемого потока, что дает возможность частично исключить шумы, вызванные попаданием воздушных пузырьков на мембрану ИСЭ.

Недостатками известной ячейки являются невысокая точность (коэффициент вариации 2%) и невысокая производительность (60-360 определений в час). При большей производительности снижается точность определений и происходит слияние последовательных аналитических сигналов ввиду большого времени отклика ячейки.

Целью изобретения является повышение точности и производительности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что измерительный ионоселективный электрод установлен вертикально и соосно штуцеру для ввода анализируемого раствора, при этом он может свободно перемещаться в вертикальном направлении, Мембрана ИСЭ под действием веса электрода лежит на торцовой поверхности штуцера, диаметр которого равен диаметру мембраны или превышает его, а диаметр подводящего канала в штуцере относится к диаметру мембраны ИСЭ как 1/5-1/17.

Мембрана ИСЭ всей своей внешней поверхностью под действием веса электрода сопряжена с торцом штуцера, что приводит к образованию минимально возможного зазора между мембраной и поверхностью штуцера. При этом резко уменьшается толщина неподвижного слоя жидкости вблизи мембраны ИСЭ и, как следствие уменьшается время отклика ячейки.

Уменьшение времени отклика ячейки позволяет повысить производительность и точность измерений.

На фиг. 1 представлена схема иономет- рической ячейки для проточного анализа; на фиг. 2 -аналитические сигналы, полученные при определении концентрации фторид- ионов в потоке, сегментированном азотом; на фиг. 3 - то же, при определении концентрации хлорид-ионов в потоке, сегментированном воздухом; на фиг.4-то же, при определении концентрации нитрат-ионов в потоке, сегментированном воздухом.

Корпус ячейки 1 представляет собой цилиндрический сосуд из оргстекла вместимостью 25 мл. Сверху он закрыт крышкой 2 толщиной 20 мм. В крышке имеется сквозное вертикальное отверстие, стенки которого являются направляющими для ИСЭ 3. Диаметр отверстия превышает диаметр ИСЭ на 0,1-0,2 мм для того, чтобы электрод мог свободно перемещаться в вертикальном направлении.

Под действием силы тяжести электрод своей горизонтально расположенной мембраной 4 лежит на горизонтальной поверхности входного штуцера 5 высотой 20 мм, изготовленного из оргстекла. Диметр верхней торцовой части входного штуцера равен

диаметру мембраны ИСЭ или превышает диаметр мембраны на 2 мм или на 4 мм. 8 центре входного штуцера имеется канал для ввода анализируемых растворов диаметром 0,3 (отношение диаметра канала к диаметру

мембраны 1/17 пример 1, 0,5 (отношение диаметра канала к диаметру мембраны 1/10 пример 2) и 1,0 мм (отношение диаметра канала к диаметру мембраны 1 /5 пример 3).

Диаметр мембраны ИСЭ во всех случаях составляет 5,0 мм. В корпусе ячейки имеется отверстие для слива растворов 6, расположенное таким образом, чтобы раствор в ячейке находился на уровне торцовой

поверхности входного штуцера (с точностью 42 мм).

В крышке ячейки жестко закреплен электрод 7 сравнения, например ЭВЛ-1МЗ таким образом, что он погружен в раствор

на глубину 15-20 мм.

Сегментированный поток поступает через канал в центре входного штуцера в ячейку, проходит между мембраной и торцовой поверхностью штуцера и попадает в резервуар, откуда сливается через сливное отверстие. Сегментирующие поток пузырьки быстро проходят под мембраной, не накапливаясь, и не экранируют одновременно всю поверхность мембраны, поэтому существует постоянный электрический контакт между ИСЭ и электродом сравнения. Таким образом, ячейка позволяет проводит измерения без дополнительных шумов, вызванных сегментацией потока.

П р и м е р. 1. Определение концентрации фторид-ионов проводится с использованием стандартных растворов Фторид-ионов с концентрацией 3 ,3 -10 и 10 м/дм3. Все стандартные растворы содержат 0,2

о

(NN4)2804 для поддержания постоянной ионной силы. Раствор с концентрацией 3 м/дм3 F используют в качестве раствора базовой линии. В качестве измерительного электрода используют ионоселективный электрод с мембраной на основе LaFs. Стандартные растворы поочередно прокачивают через проточную ячейку при помощи многоканального перистальтического насоса со скоростью 4 см3/мин. Каждую порцию стандартного раствора прокачивают через ячейку в течение 4 с, после чего прокачивают раствор базовой линии также в течение 4 с. Таким образом, измерение проводят с производительно- стью 450 проб в 1 ч. Поток раствора перед поступлением в ячейку смешивают с потоком азота, который прокачивают при помощи того же перистальтического насоса со скоростью2 см /мин. ЭДС ячейки регистри- руют иономером И-135 и самописцем ЦДА- 1.

Записи аналитических сигналов приведены на фиг.2.

Проводят анализ серии стандартных растворов 8, последовательный анализ растворов с концентрацией М М/дм3 F(9) и измеряют величины равновесного аналитического сигнала 10. При анализе стандартных растворов с производительно- стью 450 проб в 1 ч относительное среднее квадратическое отклонение результатов не превышает 0,003.

П р и м е р 2. Определение концентрации хлорид-ионов проводят с использова- нием стандартных растворов хлорид-ионов с концентрацией 3 , и и 3- М/дм3 СГ. Все стандартные растворы содержат 0,2 М/дм3 (NH4)2S04 для поддержания постоянной ионной силы. Раствор с концентрацией 3 М/дм3 СГ используют в качестве раствора базовой линии. В качестве измерительного электрода используют ионоселективный электрод с мембра- ной на основе системы AgCI-Ag2S. Стандартные растворы поочередно прокачивают через ячейку с хлоридселективным электродом при помощи многоканального перистальтического насоса со скоростью 3 см /мин. Каждую порцию стандартного раствора прокачивают через проточную ячейку в течение 3 с, после чего прокачивают раствор базовой линии также в течение 3 с. Таким образом, измерения производят с производительностью 600 проб в 1 ч. По- ток анализируемого раствора перед поступлением в ячейку смешивают с потоком воздуха, который прокачивают при помощи того же перистальтического насоса со скоростью 3 см3/мин. ЭДС ячейки регистрируют иономером И-135 и самописцем ПДА-1. Записи аналитических сигналов приведены на фиг.З.

Проводят анализ серии стандартных растворов 11, последовательный анализ растворов с концентрацией и М/дм3 СГ (12) и измеряют величины равновесного аналитического сигнала (13). При анализе стандартных растворов с производительностью 600 проб в 1 ч относительное среднее квадратическое отклонение результатов не превышает 0,005.

П р и м е р 3. Определение концентрации нитрат-ионов проводят с использованием стандартных растворов нитрат-ионов с концентрацией , 3 , и 3- г/дм3 NOs. Все стандартные растворы содержат фосфатный буфер (0,25 М/дм3 №Н2Р04 и 0,25 М/дм3 НзР04) для поддержания постоянной ионной силы. Раствор с концентрацией 1 г/дм3 N03 используют в качестве раствора базовой линии. В качестве измерительного электрода исполь- зуют ионоселективный электрод с поливи- нилхлоридной пластифицированной мембраной на основе тетрадециламмоний- нитрата. Стандартные растворы поочередно прокачивают через проточную ячейку с нитратселективным электродом при помощи многоканального перистальтического насоса со скоростью 4,5 см3/мин. Каждую порцию стандартного раствора прокачивают через ячейку в течение 5 с, после чего прокачивают раствор базовой линии также в течение 5 с. Таким образом, измерения проводят с производительностью 360 проб в 1 ч. Поток анализируемого раствора перед входом в ячейку смешивают с потоком воздуха, который прокачивают при помощи того же перистальтического насоса со скоростью 1,5 см3/мин. ЭДС ячейки регистрируют иономером И-135 и самописцем ПДА-1.

Записи аналитических сигналов приведены на фиг.4.

Проводят анализ серии стандартных растворов 14, последовательный анализ растворов с концентрацией 3 и 3- г/дм3 NOs (15) и измеряют величины равновесных аналитических сигналов (16). При анализе стандартных растворов с производительностью 360 проб в 1 ч относительное среднее квадратическое отклонение результатов не превышает 0,008.

Таким образом, использование предлагаемого устройства позволит увеличить точность определения различных ионов в проточных системах анализа (,008) и повысить производительность анализа до 600 проб в 1 ч.

Формула изобретения Ионометрическая ячейка для проточного анализа, включающая корпус, снабженный штуцерами для ввода и вывода растворов, в котором расположены ионосе- лективный индикаторный электрод (ИСЭ) и электрод сравнения, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности и производительности анализа в сегментиро0

ванных потоках, измерительный ионоселек- тивный электрод установлен вертикально и соосно штуцеру для ввода анализируемого раствора с возможностью свободного перемещения в вертикальном направлении, при этом поверхность мембраны ИСЭ сопряжена с торцом штуцера и ее диаметр не превы- шает диаметр штуцера, а диаметр подводящего канала относится к диаметру мембраны ИСЭ как 1/5-1/17.

Область применения: ионометрическая ячейка для проточного анализа физико-химических измерений с использованием ионоселективных электродов. Сущность изобретения: ионоселективный электрод устанавливают вертикально таким образом, что он может свободно (без перекосов) перемещаться в вертикальном направлении, Мембрана электрода лежит всей своей поверхностью под действием массы электрода на входном штуцере с отверстием под центром мембраны, через которое подается сегментированный поток раствора. 4 ил. W Ё

| Подала pscm6opoS

Фиг.1

ю

. Јмин . ,,0

1 Сканирование

2мин

14

I

ю

-2

20мв

п

Сканирование

Фиг.З &

/S

г