Способ электрохимического анализа веществ Советский патент 1978 года по МПК G01N27/48 

1

Изобретение относится к области электрохимии и может найти применение при анализе состава жидких сред в производственных и лабораторных условиях, например при анализе кислорода, растворенного в жидкости.

Известен способ определения концентрации кислорода в жидких средах, заключающийся в том, что индикаторный электрод, погруженный вместе с вспомогательным электродом в исследуемый раствор, поляризуют напряжением, соответствующим участку предельного тока катодной поляризационной кривой (0,6- 0,88 В), а концентрацию кислорода определяют по току деполяризации индикаторного электрода 1.

Недостатком указанного способа является то, что измерительный сигнал подвержен влиянию источников помех в цепи «исследуемый раствор - земля.

Известен также способ анализа электроактивных веществ, согласно которому одну из ячеек заполняют исследуемым раствором, а другую - фоном, близким по составу к исследуемому раствору. К обеим ячейкам прикладывают одинаковые напряжения и по разности токов определяют концентрацию анализируемого вещества 2.

Этот способ имеет тот же недостаток, что и предыдущий.

Целью изобретения является повыщение точности измерений путем исключения влияния источников помех в цеии «исследуемая среда - земля на результат анализа.

Указанная цель достигается тем, что поляр 1зацию микроэлектродов, погруженных в исследуемую среду, производят напряжениями, находящимися в пределах восходящего участка поляризационной характеристики, соответствующего восстановлению (окислению) электрохимически активного анализируемого веи ества, а его концентрацию определяют по разности токов деполяризации микроэлектродов.

Сущность способа заключается в следующем.

Индикаторные микроэлектроды, погруженные вместе с всиомогательным электродом в исследуемую среду, ноляризуют напряжениями, соответствуюии1ми восходящему участку поляризационной характеристики. При этом в зависимости от состава исследуемой среды, материала микроэлектродов и вида поляризационной характерucTiiKH выделяют только тот ее участок, который соответствует восстановлению (окислению) анализируемого вещества, т. е. участок, не искаженный реакциями сопутствующих компонентов в среде.

Микроэлектроды с помощью виещних источников напряжения поляризуют относительно

общего вспомогательного электрода, лри этом через микроэлектроды протекают токи. Их значения, согласпо экспериментально установленному факту, связаны с концентрацией исследуемого вещества линейными зависимостями при всех напряжениях поляризации в пределах выделенного участка поляризационной характеристики, соответствующего реакции исследуемого электрохимически активного вещества. Угловые коэффициенты этих зависимостей определяются значениями напряжений поляризации. Последние выбирают, руководствуясь конкретными условиями анализа, обеспечивая получение минимальной погрешности измерения и максимальной чувствительности. При этом потенциалы микроэлектродов отклоняются от своих стационарных начальных значений в соответствии с наложенными напряжениями от внещних источников, т. е. поляризуются. Восстановление (или окисление) вещества приводит к деполяризации микроэлектродов.

Концентрацию восстанавливающегося (окисляющегося) вещества определяют по разности токов деполяризации микроэлектродов. Зависимость этой разности от концентрации является также линейной.

Результат анализа не зависит от источников иолюх в цепи «исследуемый раствор - земля, лоскольку токи помех, вызываемые ими, иракт)чески ие протекают через цепи ипдикаториых микроэлектродов, представляюиднх собой значительно больщие сопротивлеиия но срависиию с сопротивлением вспомогательного электрода, а значения сопротивлений индикаторных микроэлектродов близки. Близость этих сопротивлений создают сближением ианрял ений поляризации. При этом поляризация вспомогательного электрода не виосит иогрешности в измерения.

Таким образом, благодаря исключению влияния источников помех в цепи «исследуемый раствор - земля и влияния нестабильности иотсициала вспомогательного электрода с чцсствснио гювыщается точность измерений. Кроме того, по сравнению с известными способами, данный способ позволяет использовать вспомогательные электроды с небольщой поверхностью, что является решающим в тех случаях, когда требуется микроминиатюризация электродных систем.

Пример. Определение концентрации кислорода, растворенного в фосфатном буферном растворе с добавкой хлористого калия, рН 6,8.

Платиновые индикаторные микроэлектроды (площадь 3,14X10 мм-) вместе с хлорсеребряиым всиомогательным электродом ногружают в раствор. Микроэлектроды поляризуют различными напряжениями и для каждого варианта строят градунровочные характеристики- зависимости разиости токов деполяризации микроэлектродов от коицентрации растворенного кислорода. Исследуемый раствор продувают газовыми смесями с различным содержанием кислорода (до 100%).

Влияние помех имитируют источником регулируемого напряжения (ИРН), изменяя напряжение от О до 4 В, а оценку этого влияния нроизводят по относительному изменению измерительного сигнала носле включения ИРН и добавочного сопротивления 4 Ом в схему. Результаты опытов приведены в таблице

Как видно из таблицы, в трех вариантах опыта при разности между поляризационными напряжениями 0,1 В включение цепи, имитирующей влияние связи исследуемого раствора с землей, не вызывает погрещности измерення. При разности напряжений поляризации 0,55 В (IV вариант), соответствующей участкам начального и предельного тока поляризационной характеристики, погрещность достигает 20%, что характерно для прототипа.

Использование нредложенного способа для анализа жидких сред в промышленных условиях, где характерно протекание через растворы больщих токов помех, вызванных заземлеиием аииаратуры, трубопроводов и т. д.) позволяет благодаря повышенной точности измерений существенно увеличить эффективность технологического контроля, что в конечном счете обеснечивает снижение непроизводительных затрат.

В биомедицинских исследованиях (спецификой которых является прецизиоиность измерений) иредложеиный способ позволит повысить достоверность измереиий, что особенно важно в клинико-диагностических исследованиях. В частности перспективно его использование при анализе содержания кислорода в крови алнаратов искусственного кровообращения и при тканевых исследованнях напряжения кислорода, где погрешность измерений может быть снижена в 3-5 раз.

Формула изобретения

Способ электрохимического анализа веществ, заключающийся в поляризации индикаторных микроэлектродов, погруженных в исследуемую среду, и определении концентрации электрохимически активного вещества, о т л и ч а 10 щ и и с я тем, что, с целью повыН1ения точности измерений путем исключения влияния неточииков помех ц цепи «исследуе5мая среда - земля нэ результат анализа, поляризацию микроэлектродов производят с помощью напряжений, паходящихся в пределах восходящего участка поляризационной характеристики, соответствующего восстановлению5 (окислению) анализируемого вещества, а концентрацию электрохимически активного ве6щества определяют по разности токов деполяризацни микроэлектродов, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Патент США ЛЬ 2913886, кл. 204-195, 1956. 2. Брук Б. С. Полярографические методы. М., «Энергия, 1972, с. 18.