Устройство для автоматического электрохимического количественного анализа многокомпонентных растворов Советский патент 1980 года по МПК G01N27/26 

1

Изобретение относится к средствам автоматического электрохимического анализа многокомпонентных растворов гидрометаллургического производства, в частности,производства цинка, сурь-5 мы и т.д., а более конкретно - к средствам анализа при цементационной очистке растворов сернокислого цинка от меди, кадмия и кобальта. Изобретение является усовершенствованием из- «О вестного устройства, описанного в основном авт.св. № 426179 Ij.

Известное устройство для автоматического электрохимического количественного анализа многокомпонентных 5 растворов содержит трехэлектродную термостатированную электролизную ячейку, блок измерения потенциалов рабочего электрода, блок измерения времени присутствия потенциала растворе- 20 ния исследуемых в.е1цеств, источник постоянного тока (гальваностат), задатчик времени осаждения, блок управления, пересчетный блок и регистратор результатов измерений, причем. 25 пересчетный блок связан с блоком фиксации потенциалов через сканирующее устройство и блок логики.

Сканирующее устройство последовательно или по заданной программе вы- 30

деляет временные участки присутствия потенциалов растворения исследуемых веществ, а пересчетный блок преобразует эти времена в соответствующие им последовательности импульсов значения концентраций. Схема со сканирующим устройством дает возможность получить по хронопотенциогра1 ме (графику измерений потенциала рабочего электрода во времени) значения концентраций всех компонентов, входящих в раствор и образующих твердый осадок на рабочем электроде.

При количественном определении веществ в растворах известным устройством в многокомпонентных растворах на поверхности рабочего электрода возникает неконтролируемые помехи иэ-за взаимовлияния веществ с различными электрохимическими потенциалами. Причиной этих помех является образорание гальванических пар и твердых растворов на поверхности рабочего электрода. При количественном знализе многокомпонентных растворов известным устройством взаимовлияние осаждаемых на рабочем электроде веществ не учитывается, что является причиной погрешностей. Целью дополнительного изобретения является повышение точности измерения за счет учета взаимовлияния определяемых веществ, Эта цель достигается тем, что в устройство для автоматического электрохимического количественного анализа многокомпонентных растворов по Ьвт.св. № 426179 введены блоки преобразования времени присутствия потенциалов растворения определяемых веществ в цифровой код, умножения на постоянный коэффициент и программное устройство, причем выход сканирующего блока соединен с блокамипреобразования времени присутствия потенциалов растворения определяемых веществ в цифровой код, а выходы бло ков преобразования через блоки множе ния на постоянный коэффициент соединены с блоками логики, блок фиксации потенциалов выходом соединен с входо программного устройства, которое выходом соединено с блоками логики и блоками умножения на постоянный.коэф фициент. Такое включение обеспечивае измерение концентрации нужных вещест с высокой точностью путем введения поправки на взаимовлияние совместно осаждаемых на рабочем электроде элементов с различнЕлми электрохимически ми потенциалами. На фиг. 1 показана структурная схема предложенного устройства; на .фиг. 2 - временные диаграммы его работы. Устройство для автоматического электрохимического анализа многокомпонентных растворов включает в себя электролизную термостатированную ячейку 1, в которую помещены три электрода: рабочий электрод 2, на ко тором происходит накопление исследуе мых элементов, вспомогательный элект род 3, служащий для создания цепи то ка осажЬения, и электрод сравнения 4 служащий для измерения потенциалов рабочего электрода. Рабочий и вспомогательный электроды включены в цеп источника постоянного тока - гальваностата 5, а рабочий электрод и элек трод сравнения - в цепь блока 6 изме рения потенциалов. Гальваностат управляется блоком 7 задачи времени осаждения, блок управления 8 задает временные интервалы осаждения и управляет подключением блока б измерения потенциалов; сканирующий блок 9 разделяет временные интервалы присутствия на рабочем электроде потенциалов растворения определяемых веществ, пересчетный блок 10 преобразует временные интервалы в соответст вующие последовательности импульсов, регистратор 11 отображает полученные результаты, блок логики 12 управляет пересчетным блоком, блок преобразова ния 13 преобразует время присутствия .потенциала растворения каждого из .определяемых веществ в соответствующий им цифровой код (последовательность импульсов), блоки 14 умножения на постоянный коэффициент вводят в последовательность импульсов постоянные коэффициенты, учитывающие взаимовлияние определяемых веществ, программное устройство 15 задает последовательность определения временных интервалов , корректирует величины постоянных коэффициентов. На временных диаграммах работы устройства (фиг. 2) изображены графики 16, 17 изменения потенциала и тока соответственно на рабочем электроде; временные интервалы 18-20 растворения соответствукяцих веществ с поверхности рабочего электрода, пакеты импульсов 21 и импульсный код 22, соответствующие интервалам растворения веществ; пакет импульсов 23, соответствующий временному интерн пу растворения определяемого вещества, импульсный код 24, соответствующий временному интервалу растворения мешающих веществ; импульсный.код 25, соответствующий концентрации определяемого вещества с учетом взаимовлияния мешающих веществ. Устройство работает следующим образом. Через рабочий электрод 2, представляющий собой индифферентный индикаторный электрод, и вспомогательный электрод 3 также из индифферентного материала, помещенные в электролизную, ячейку 1, протекает стабилизированный ток осаждения и растворения от гальваностата 5. Реверс тока на гальваностате 5, т.е. переход с режима осаждения на режим растворения, происходит по команде с блока управления 8 через блок 7 задачи времени осаждения. Блок управления представляет собой генератор импульсов необходимой длительности и частоты, а блок задачи времени осаждения - реле времени с установкой необходимого времени осаждения. Потенциал рабочего электрода относительно электрода сравнения в период растворения измеряется блоком 6. Сканирующий блок 9 выделяет участки постоянных потенциалов и фиксирует их начала и концы при помощи старт-стопных импульсов,эти импульсы через блок логики 12, представляквдий собой сборку схем конъюкции, поступают в пересчетный блок 10, который преобразует время присутствия постоянного потенциала растворения определяемых элемелтов в последовательности импульсов. В качестве пересчетного блока используется реверсивный бинарный счетчик. Регистратор 11 отображает последовательно полученные результаты. Время растворения исследуемого элемента при постоянном времени осаждения пропорционально концентрации данного элемента в растворе. Одновременно временные интервалы присутствия постоянного потенциала растворения определяемых веществ пре образуются в импульсный код блоками 13, которые представляют собой обычные времякодовые преобразователи, и этот код проходит через блоки 14 умножения на постоянный коэффициент, причем каждая кодовая посылка проходит по своему каналу и в нее вводится соответствующий множитель (коэффициент) . Импульсный код через блок логики 12 вводится и пересчетный блок 10, где происходит коррекция полученных результатов с учетом взаимовлияния определяемых элементов. Ввод импульс ного кода производится по команде с программного устройства 15, с которо го одновременно предусмотрена возмож ность корректировки значений множите лей. Для фиксации начал и концов временных интервалов вход программно го устройства 15 соединен с выходом сканирующего блока 9. Работа устройства иллюстрируется временными диаграммами (фиг. 2). При прохождении тока через рабочий электрод за время осаждения на его поверхности осаждаются из исследуемого раствора три вещества - цинк, кадмий и медь. После окончания периода осаж дения направление тока изменяется и -накопленное на поверхности рабочего электрода вещество растворяется, при этом потенциал на поверхности будет euятьcя согласно графику 17. Интервалы 18-20 растворения каждого йещес ва характеризуются присущими ему потенциалами растворения и эти интерва лы определяются сканирующим блоком 9 Затем эти временные интервалы пре образуются в соответствующие им последовательности импульсов 21 и импульсный код 22. На блоке 10 выделяе ся пакет импульсов 23, соответствующий временному интервалу растворения определяемого вещества, а с блока ло гики 12 на блок 10 подается импульсный код 24, соответствующий временно му интервалу растворения мешающих ве ществ с учетом их влияния на временной интервал определяемого вещества. С выхода блока 10 снимается импульсный код 25, соответствующий концентрации определяемого вещества с учетом взаимовлияний мешаницих веществ. Применение системы учета взаимовлияний веществ при электрохимическом анализе позволит значительно уве личить точность, особенно при анализе веществ в многокомпонентных растворах . . Устройство прошло промышленные испытания при внедрении системы конт роля и управления процессом меднокадмиевой очистки на Челябинском электролитном цинковом заводе и цинковом заводе Алмалыксного горно-металлургического комбината. Устройство по основному авт.св. 426179 использовано при создании серийной измерительной хронопотенциографической системы (икс). Полученные результаты промышленных испытаний при измерении концентрации цинка в присутствии кадмия представлены в таблице. «- ..«..,.BB Действительная концентрация цинка, мг/л 20 40 60 80 100 Концентрация цинка, измеренная известным устройством по авт.св.№ 426179, мг/л16 37 53 75 90,5 Концентрация цинка,измеренная предлагаемым устройством, мг/л20,2 41 60,1 82 99,5 Ошибка определения, %, известным устройством 20 7,5 11,5 6,3 9,5 Ошибка определения, %, предлагаемым устройством1,0 2,5 0,5 2,5 0,5Формула и зобретения Устройство для автоматического электрохимического количественного анализа многокомпонентных растворов по авт.св. № 426179, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, в устройство введены блоки преобразования времени присутствия потенциалов растворения определяемых веществ в цифровой код, умножения на постоянный коэффициент и программное устройство, причем вы-, ход сканирующего блока соединен с блоками преобразования времени присутствия потенциалов растворения определяемых веществ в цифровой код, а , выходы преобразователей через блок умножения на постоянный коэффициент соединен с блоками логики, блок фиксации потенциалов по выходу соединен со входом программного устройства, которое по выходу соединено с блоком логики и блоками умножения на постоянный коэффициент. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство 426179, кл. G 01 N 27/26, 1971 (прототип).