1
Изобретение относится к области аналитического приборостроения и может быть использовано для определения газообразующих элементов, в особенности при анализе металлических 5 материалов с низким содержанием углерода.
Известен электрохимический детектор, например, для определения летучих соединений в газовой хроматогра- 10 фии. он содержит измерительную ячейку с платиновыми электродами, штуцера для подвода газа, электролита и вывода их смеси из ячейки, а также узел смещения газа с электролитом. 5 Ячейка детектора выполнена в виде двух плоских плит, например, из органического или обычного стекла, между которыми зажат плоский платиновый электрод, и одна из плит имеет спи- 20 ральный канал со штуцерами для подвода анализируемого газа и электролита и вывода газо-жидкостной смеси, в котором уложен катод из платиновой проволоки l .25
Известен электрохимический детектор для газового хроматографа, где ячейка выполнена в виде каппилляра, внутри которого параллельно расположены два платиновых электрода, а
смешения газа с электролитом выполнен в виде пневматического распылителя
И .,
Основным недостатком перечисленных датчиков является малая чувствительность их к определяемом газовым компонентам, например двуокиси углерода. Подчувствительностью в данном случае понимается отношение погрешности измерения датчиком изменения, вызванного абсорбциейопределяемого компонента газа, к объему газа, прошедшего в единицу времени через датчик, при условии полноты улавливания опред(елнемого компонента газа.
Поскольку электролит в перечисленных датчиках не может быть использован для повторного смешения с вновь поступающими порциями газа после прохода газо-жидкостной смеси через регистрирующую ячейку, то и объем его должен быть очень большим, чтобы обеспечить полноту улавливания. При большом объеме электролита соответственно большой является и погрешность изьлерения, что ухуднает чувствительность датчик а.В случае же неполноты абсорбции определяемого компонента газа датчик в работе ненадежен.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является абсорбционный датчи1 для спектроанапиза, например, для опредхеления углеро да в особо чистых меттапических материалах, содержащий трубку для подачи газа, узел смешения газа с электролитом, трубку для абсорбции определяемого компонента газа и трубку для циркуляции электролита 3j . Однако известный датчик не обладает достаточной чувствительностью.
Цель изобретения - повышение чувствительности сшаЛиза,
Для достижения поставленной цели в датчике трубка для абсорбции определяемого компонента газа выполнена в виде плоского капилляра.
Площадь поперечного сечения трубки для циркуляции в 3-5 раз меньше площади сечения каппилляра, что приводит к дополнительному уменьшению объема и обеспечивает нормальную работу датчика (смесь газа с электролитом проходит через трубку для абсорбции, а не через трубку для циркуляции электролита). Дальнейшее уменьшение сечения не приводит к заметному уменьшению объема электролита, так как объем трубки для циркуляции на порядок меньше объема электролита.
Соотнсяиение ширины и длины поперечного сечения плоского каппилляра равно, например, (1 - 5):100, что обеспечивает большую объемную скорость пропускания газа, чем в обычном круглом капилляре, соответственно в 3,93 - 2,06 раза за счет соответствующего увеличения площади соприкосновения газа с электролитом.
При соотношении 10 ; 100, 20 :100 и 50 : 100 площадь соприкосновения газа .с электролите увеличивается всего лишь в 1,71; 1,55 и 1,44 раза по сравнению с ппощадью соприкосно-. вения в обычном круглом капилляре,а при соотношении ниже 1:100 не происходит заметного увеличения соприкосновения газа с электролитом, так как в этом случае очень сильно сказывается увеличение вязкости в узких местах капилляра, и газ проходит струйками через участки имеющие чуть большую толщину.
На чертеже показан абсорбционный датчик для микроанализа газообразующх элементов, разрез. Датчик имеет трубку 1 для подачи газа, узел 2 смешения газа с электролитом, трубку 3 для абсорбции определяемого компонента газа, выполненную в виде плоского капилляра, сепаратор 4, электродную камеру с платиновыми электродами 5, трубку б для циркуляции электролита, трубку 7 для вывода газа и металлические проводники 8,
Датчик работает следующим образом .йяализирующий газ проходит через
трубку для подачи газа, смешивается с электролитом в узле смешения, проходит через трубку для абсорбции, где происходит, полное поглощение определяемого компонента, отделяется от электролита в сепараторе и выводится 5 из датчика, а количество абсорбированного компонента регистрируется путем измерения полного сопротивления электролита посредством платиновых электродов и металлических проводниO ков.
Испытаниями датчика устгшовлено уменьшение погрешности измерения по отношению углероду с 2,7 10 г до (0,9-1,2)- 109 г при соответствующих
5 (объемах электролита 1,5 и 2 мл, длине плоского капилляра 120 и 400 мм и сечении 0,2 х 10 и 0,1 х 10 мм. Максимсьльная скорость газоносителя, при которой происходила полная абсорQ бция двуокиси углерода, соответствовала 5 и 15 мл/мин.
Надежность датчика в работе проверялась методом добавок при определении углерода в малых навесках стали типа Армко стандартного образца 126 л паспортным содержанием углерода 0,014 вес%. Применялся датчик с 2 мл 0,003 н,раствора едкого бария. Максимальная скорость, при которой происходит полная абсорбция двуокиси
0 углерода, была проверена на микронавесках щавелевой кислоты и оказалась равной 15 мл/мин.
Перед датчиком на двуокись углерода помещали еще один датчик для мик5 роанализа, имеющий объем 1,5 мл, для очистки продуктов от окислов и других газообразующих элементов, способных вызывать изменения электропроводности щелочного раствора. Допол0 нительный датчик заполняли раствором. 0,1 н. по хлорной кислоте и насыщенным по отношению к иодноватокислому серебру.
Навески стали, отобранные в отложенные кварцевые лодочки, помещали в прокаленную кварцевую трубку длиной 600 мм, диаметром 10 мм. На выходе кварцевой трубки, соединенной с дополнительным датчиком, помещали печь сопротивления, двигающуюся по
направляющей, длиной 16 см и нагретаЛ до 1270 + 20°С.
В начале процесса печь надвигали на кварцевую лодочку, заполненную 1,5 г вольфрама и помещенную перед
5 лодочкой со сталью. Сжигание вели в токе очищенного кислорода таким образом, чтобы скорость прохождения продуктов сгорания до сжигания, во время сжигания и после него оставалась
Q равной 10 мл/мин. Печь отодвигали в исходное положение, магнитом навеску стали вынимёши из лодочки, перемеща,ли в направлении печи и сбрасывали в лодочку со свежепрокаленной трехоки-. ,
с СЬЮ вольфрама. Замеряли в токе.кислорода и при нагретой печи фон установки на двуокись углерода, который составлял при этом (1 -О,5)-10 г/мин по углероду, в течение 6 мин, надвигали печь на лодочку с трехокисью вольфрама и навеской стали и приводи- 5 ли выжигание углерода,, поддерживая скорость прохождения кислорода через датчики 10 мл/мин.
Через 3 мин отмечали начало выжигания углерода из пробы, а еще через .Q 3 мин.наблюдали полноту выжигания углерода. В последующие 6 мин з меряли фон установки, который оставался на прежнем уровне.
В навесках стали, взятых с точностью ±0,15 мг и равных 0,95; 1,20; 3,15; 3,20; 4,65 и 11,00-мг, нашли соответственно 0,18; 0,16; 0,46; О,37;.О,57 и 1,90 мкг углерода, что (Составляет 0,019; 0,013; 0,015; 0,012; 0,012 и 0,017 % при среднем 20 эн,ачении 0,014 %, которое соответствует паспортному содержанию углерода в стандартном образце.
Таким образом, изобретение обеспечивает определение углерода в металли-25 ческих материалах в диапазоне (1-10) О вес.% с ошибкой 20 отн.% в течение 15-20 мин, т.е. -в 27 раз чувствительнее, чем в известном устройстве (на основании данных о погрешности 30 измерения при анализе с -помощью известного устройства).
Указанные преимущества позволяют сэкономить дорогостоящие особо чистые материалы за счет уменьшения ко личества пробы на анализ, повысить производительность труда и улучшить точность определения примеси углерода.
Формула изобретения
Абсорбционный датчик для микроанализа, например для определения углерода в особо чистых металлических матери ал ах,содержащий трубку для подачи газа, узел смешения газа с электролитом, трубку для абсорбции определяемого компонента газа, и трубку для циркуляции электролита, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности анешиза, трубка для абсорбции определяемого компонента газа выполнена в виде плоского капилляра.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1.Авторское свидетельство СССР
№ 177152, м кл. G 01 N 27/48, 1964.
2.Авторское свидетельство СССР
№ 385214, м. КЛ.2 G 01 N 27/46, 1973.
3.J. AnaCytica chimica Acta, 85, 1976, с. 61-68 (прототип).
