(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ РАСТВОРОВ
Изобретение относится к электрохимическим методам анализа, в частности к устройствам для измерения электропроводности растворов и может быть использовано в научно-исследовательских и заводских лабораториях, в химической промышленности, где технологический процесс контроля качества электролитов автоматизирован, в частности в технологии изготовления ртутных электрохимических преобразователей. Известно устройство для измерения электропроводности растворов, содержащее стеклянную трубку с расширениями на концах, в которых размещены измерительные платиновые платинированные электроды ClT г Недостатком известного устройства является большой расход исследуемого электролита, отсутствие полного перекрытия измерительными электродами исследуемого объема раствора, что приводит к дисперсии электропроводности и невозможности прямого измерения по:стоянной .ячейкиJ неприменимость устройства для изучения фазовых переходов из-за невысокой чувствительности электропроводности к фазовым переход дам и неравномерности охлаждения или нагревания больших объемов раствора. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является устройство для измерения электропроводности растворов, содержащее стеклянную ячейку, в которой расположены два жидких ртутных электрода, контактирующих с впаянными в стенки ячейки токоотводами и электрическую измерительную схему 21, Измерительная ячейка представляет собой две плоскодонные колбы, соединенные .между собой трубкой, на дно которых помечены ртутные измеритель-. ные электроды, имеющие равные поверхности. Электрическая измерительная схема включает в себя измерительную ячейку, источник питания и гргщуировочные (балластные) сопротивления. Недостатком устройства является сложность конструкции, большой расход исследуемого электролита, а также невысокая чувствительность электропроводности к фазовьм переходам, 1 обусловленная сложностью конструкции и неравномерностью распределения температуры п6 всему объему исследуемого раствора в процессе охлаХцения (или нагревания) устройства. Цель изобретения - упрощение конструкции, уменьшение расхода исследуемого раствора и повышение чувствительности при изучении фазовых переходов в растворах. Для этого ячейка выполнена в виде V-образной трубки с перегородкой, имекнцей в центре капиллярное отверстие и разделяющей объем ячейки на два отсека., в которых расположены из мерительные электроды, перекрывающие капиллярное отверстие, причем отноше ние толщины перегородки к диаметру капиллярного отверстия находится в пределах 1,0 7--f 0,2, О . -d где (-- - толщина перегородки; d - диаметр капиллярного отверстия. На фиг. 1 изображено устройство, общий вид; на фиг. 2 - электротехническая схема , на фиг. 3 - кривая зависимости сопротивления от температуры. Устройство состоит из V-образной трубки 1 с впаянной перегородкой 2, толщиной 0,03 см, имеющей в центре капиллярное отверстие dj( 0,03 см {заполненное исследуемым раствором) и разделяющей V-образную трубку на два отсека, в которых размещены ртутные электроды 3, контактирующие с впаянными в стенки ячейки платиновыми.ТОКООТВОДРМИ 4. Приподготовке устройства для изиь и u.«rc.i.j.K« yu.yun,-,. « мере ий капиллярное отверстие в пере городке заполняется с помощью микропипетки исследуемым раствором, который втягивается в капилляр под дейст вием, капиллярных сил. Затем в отсеки ячейки помещается ртуть, которая плотно прилегает к стенкам перегород ки, вытесняет избыток электролита на поверхность 5 и полностью перекрывает раствор в капиллярном отверстии, образуя ртутно-капиллярную электрохимическую микроячейку объемом 10 5-10- см . . Диаметр капиллярного отверстия в перегородке должен находиться в пределах О, 2 d 0,4. мм. При d ,4 мм ртуть проникает в капилляр, вытесняет раствор и замыкает измерительные электроды. При d 0,2 возникают трудности, связаннце с изготовлением капиллярного отверстия и эксплуатацией ячейки (затрудняется очистка и заполнение ячей ки жидкостью, смена исследуемой жидкости, перемешивание при низких температурах) , возрастает влияние внешних факторов на результаты измерений степени чистоты ра створа и ртути, си гравитации, и механических воздействий/ . Соотношение размеров параметров капиллярного отверстия должно находиться в пределах 1,,2, где с:- толщина стенки перегородки (расстояние между электродами), d - диаМетр капиллярного отверстия. При не обеспечивается перекрывание конвективных потгоков, вызываемых тангенциальным движением поверхностных слоев ртути, и, следовательно, не достигаются оптимальные условия перемешивания раствора. При 0,2 ячейка оказывается неустойчивой к .механическим и гравитационным воздействиям, наблюдается перетекание ртути и замыкание электродов. Ввиду идеально гладкой поверхности ртутных электродов и постоянства значения величины площади их поверхности поправка на влияния двойного слоя (при измерении электропроводности) может быть определена расчетным путем с использованием данных по изучению емкости двойного слоя на ртути. На фиг. 2 показана электротехническая схема, обеспечивающая автоматизацию Процесса измерений электропроводности и температуры фазовых переходов в растворе. Схема состоит из предлагаемого устройства 1, помещенного в теплоизоляционную камеру 2, содержащую источник энергии (на схеме не показан), позволяющий установить заданную ско-рость охлаждения или нагревания ячейки, и измерительный спай деФференЦиальной термопары (хромель-никелевая) второй (нулевой) спай термопары 4 - j / . t- „ f помещен в сосуд со льдом 5 (Q С ). Ветви термопары через усилитель(И-37) постоянного тока б и переключатель . полюсов 7 соединены с координатой X двухкоординатного самописца (ПДС-021 М) 8. Последовательно изме. рительной ячейке подключен источник переменного напряжения (генератор Tesla ВМ-344) 9 и высокоомное балластное сопротивление. (120 ком) 10. Параллельно измерительной ячейке включен микровольтметр ВЗ-40, выход которого подключен к координате У двухкоординатного самописца 8. Измерения осуществляют следующим образом., С помощью генератора ВМ-344 на ячейку подается стабилизированный переменный ток частотой 10 кгц и амплитудой 5 мкА. С помощью источника энергии устанавливается заданная скорость охлаждения ячейки 5 град/мин. На двухкоординатном самописце Г1ДС-021М регистрируется кривая зависимости сопротивления микроячейки Т от температуры. На фиг. 3.показана кривая зависимости сопротивления .йикроячейки от температуры, полученная для электролита состава 4,75 и К1 (показан участок кривой в интервале температур (-15)-(-25)С .
При понижении температуры сопротивление микроячейки повышается, что обусловлено понижением электропроводности раствора. При температуре t (в момент выпадения первых кристаллов) наклон кривой резко изменяется, т.е. скорость изменения сопротивлёния раствора с температурой возрастает, что вызвано двумя факторами: понижением концентрации раствора и блокированием электродов выпадающими кристаллами (перекрывание капилляра кристаллами).
При температуре t сопротивление ячейки резко возрастает (вертикальный участок кривой), что обусловлено полным замерзанием раствора (точка эвтектики), и разрывом электрической цепи.
Таким образом изломы на кривой зависимости сопротивления раствора от температуры соответствуют температурам начала фазовых переходов. При снптии обратной кривой (кривой нагревания) наблюдается гистерезис, связанный с явлением переохлаждения раствора. Сопоставление кривых позволяет установить влияние переохлаждения раствора на его электропроводность, температуру переохлаждения раствора и построить диаграмму растворимости.
В отличии от известных методов термического анализа изучение фазовых переходов с помощью предлагаемого устройства основано на регистрации изменения электрических свойств раствора при появлении новой фазы и возможности непосредственного электрического считывания информации, что позволяет легко автоматизировать процесс изучения фазовых переходов. Благодаря наличию микроколичества исследуемого раствора исключается неравномерность распределения температуры в ячейке и связанная с этим ошибка измерений. Чувствительность электропроводности при фазовых переходах повышается на порядок.
Выполнение устройства для измерения электропроводности растворов в виде V-обраэной трубки с перегородкой, имеющей капиллярное отверстие, позволяет ynjJocTHTb конструкцию, уменьшить расход исследуемого раствора в 10 раз, что важно при исследовнии микроколичеств растворов, редких или драгоценных элементов, расширить функциональные возможности устройства (применение предложения в термографических исследованиях), снизить трудоемкость процесса Измерений электропроводности.
ФсЗрмула изобретения
Устройство для измерения электропроводности растворов, содержащее стеклянную ячейку, в которой расположены два жидких ртутных измерительных электрода, контактирующих с впаянными в стенки ячейки токоотводами, и элекрическую измерительную схему, о т л и чающе е ся тем, что, с целью повышения чувствительности и уменьшения расхода исследуемого раствора, ячейка выполнена в виде V-образной трубки с перегородкой, в центре которой выполнено капиллярное отверстие, разделяющей обьем ячейки на два отсека, в которых расположены измерительные электроды, перекрывающие капиллярное отверстие, причем отношение толщины перегородки к диаметру капиллярного отверстия находится в пределах: О
0,2,
1,07етолщина перегородки;
где
d - диаметр капиллярного отверстия.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
748217
