Устройство для электрохимическихизМЕРЕНий Советский патент 1981 года по МПК G01N27/46 

Цель изобретения - оиределение удельного потока и концеитрации газа, растворенного в л идкости, и диффузионной проводимости носледней.

Указанная цель достигается тем, что устройство для электр охимических измерений, содержащее измерительный и вспомогательный электроды, погруженные в раствор электролита, и отделяющую их от анализируемой жидкости газапронинаемую .мембрану, снабжено расположенной на внешней поверхности газопроницаемой мембраны подложкой со сквозными отверстиями, глубина которых находится из соотношения

a,D. (,),

где / - глубина сквозного отверстия; а и jD - коэффициенты растворимости и диффузии газа в анализируемой жидкости;

j, и э - диффузионные сопротивления газопроницаемой мембраны и слоя раствора электролита, расноложенного между поверхностью измерительного электрода и газопроницаемой мембраной,

иричем каждое сквозиое отверстие подложки выиолиено соосиым с нормалью к поверхности измерительного электрода, а поверхность подложки выполнена рифленой. На чертеже дана иринципиальиая схема предлагаемого з стройства.

Устройство содержит измерительный У и вспомогательный 2 электроды, погруженные в корпус 3 с раствором 4 электролита, газопроницаемую мембрану 5, закреилен ную на торцовой части корпуса и образующую iC иоверхиостью измерительного электрода тонкий слой 6 электролита.

Устройство снабжено расположенной на внешней поверхности газопроницаемой мемраны 5 подложкой 7 с отверстиями 8 и 9, при этом отверстия 8 выполнены сквозныМИ и-проницаемыми для анализируемой жидкости, а отверстия 9 - несквозными. Каждое сквозное отверстие выполнено соосным с нормалью к новерхности измерительного электрода /. Глубина сквозных отверстий находится из соотношения

.( + ),

где /

глубина сквозного отверстия; а н D коэффициенты растворимости и диффузии газа в анализируемой жидкости;

U Кэ - диффузионные сопротивления газопроницаемой мембраны 5 и слоя 6 электролита, расположенного между поверхностью измерительного электрода / и газопроницаемой мембраной.

Для уменьшения влияния конвекции, распространяющейся на анализируемую жидкость, находящуюся в сквозных отверстиях 8, внешняя поверхность подложки 7 выполнена рифленой.

Устройство работает следующим образом.

Потенциал измерительного электрода 1 поддерживается на участке предельного диффз зионного тока вольт-амперной характеристики, соответствующей восстановлению (окислению) электрохимически активного газа, например кислорода. При этом его концентрация на поверхности измерительного электрода близка к нулю.

Кислород из анализируемой жидкости под действием градиента активности диффундирует через газопроницаемую мембрану 5 и слой 6 электролита в зону электрохимической реакции, в которой он восстанавливается. Это приводит к возникновению тока во внешней цепи измерительного электрода /, функционально связанного с удельным потоком кислорода к его поверхности. Вел11 1ина тока /, во внешней цени измерительного электрода определяется из уравнения

I n.F-S-q,(2)

где II - число электронов, участв ющих в электрической реакции;

F - число Фарадея; 5 - эффективная площадь измерительного электрода ./; q удельный поток кислорода к поверхности измерительного электрода.

Так как уделькый поток кислорода к иоверхности измерительного электрода 7 в стационарных условиях прямо пропорционален его парциальному давлению в анализируемой жидкости и обратно пропорционален сумме его диффузионных сопротивлений в слое 6 электролита и анализируемой лшдкости, уравнение (2) преобразовать

РО.,

(3)

f nF-S м-Ь Э + а.ж.

где Р Оз - парциальное давление кислорода в перемешиваемой анализируемой жидкости;

.ж. - диффузионное сопротивление анализируемой жидкости, находящейся в сквозных отверстиях 8 подложки 7.

Для обеспечения стационарного значения тока, его линейной зависимости от удельного потока Q и концентрации С газа, растворенного в анализируемой жидкости, диффузионной ироводимости к носледней анализируемая жидкость фиксируется в отверстиях 8 лодложки 7, а за ее нределами перемешивается. При этом диффузионные сопротивления газопрони.цаемой мембраны 5 и слоя 6 электролита ..незначительны по сравнению с диффузионным сопротивлением анализируемой жидкости, находящейся в сквозных отверстиях подложки.

Математически это выражается соотношением (1), ири выполнении которого, уравнение (3) преобразуется к виду Я О, / -«f-S .a.D.PO.,-«-Q Аа ж. К-РО.-К КО-С, n-F-S тде коэффициент пропорциональности. Диаметр сквозных отверстий выбирается так, чтобы находящаяся в них анализируемая жидкость не перемещивалась. Глубина сквозных отверстий 8, толщины слоя 6 электролита, газопроницаемой мембраны 5 и ее материал выбран из соотнощения (1) при минимизации постоянной времени устройства. Благодаря наличию по.дложки 7 с отверстиями 8 и 9, из которых одно, по крайней мере, сквозное и проницаемо для анализируемой жидкости, а глубина выбрана из соотношения (1), измерительный сигнал устройства является линейной функцией удельного потока Q электрохимически активного газа, растворенного в анализируемой жидкости. Пр« известном парциальном давлении газа в анализируемой жидкости измерительный сигнал является линейной функцией ее диффузионной проводимости ККроме того, как следует из уравнения (4), измерительный сигнал является линейной .функцией концентрации С электрохимически активного газа с точностью до постоянства его коэффициента диффузии в анализируемой жидкости. Предлагаемое устройство повыщает эффективность технологического контроля. В биомедицинских исследованиях это ;устройство определяет такие параметры, как удельный поток кислорода в биологических жидкостях и их диффузионные проводимости, что является особенно важным при диагностике, профилактике и лечении различных заболеваний, связанных с кислородной недостаточностью.

Кроме того, данное устройство может найти применение при определении концентрации кислорода в природных и сточных водах. Формула изобретения Устройство для электрохимических измерений, содержащее измерительный и вспомогательный электроды, погруженные в раствор электролита, и отделяющую их от анализируемой жидкости газопроницаемую мембрану, отличающееся тем, что, с целью определения удельного потока и концентрации газа, растворенного в жидкости, и диффузионной проводимости последней, оно снабжено расположенной па внешней поверхности мембраны подложкой со сквозными отверстиями, глубина которых находится ИЗ соотношения / а. D. (/ „-;-/ э), где / - глубина сквозного отверстия; а и D - коэффициенты растворимости и диффузии газа в анализируемой жидкости; 1, и RS - диффузионные сопротивления газопроницаемой мембраны и слоя раствора электролита, расположенного между поверхностью измерительного электрода н газопроницаемой мем браиой, ричем каждое сквозное отверстие подложи выполнено соосным с нормалью к поерхности измерительного электрода, а поерхность подложки выполнена рифленой. Источники информации, принятые во нимание при экспертизе: 1.Патент США № 4058447, кл. 204-195, публик. 1977. 2.Патент ФРГ № 1281182, кл. 42 L 3/04, пзблик. 1974.

//.

1/f измериr/7fC/76//ffy

) ffjfeMe