Способ определения концентрации электролита Советский патент 1981 года по МПК G01N27/02 

(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ЭЛЕКТРОЛИТА

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может применяться в про1уй 1шленности, например химической, для анализа бинарных растворов. Известен способ определения физико химических параметров, таких как температура, концентрация определяемого кампонента газовой смеси. Определение сводится к возбуждению переходного процесса в специально органи зованном динамическом звене, в качестве которого используют терморезистор, и измерению времени его протекания в заданных пределах tl3. Однако определение концентрации электролита данным способом представляет большие трудности. Наиболее близким к предлагаемому является способ определения концентрации электролита, включающий нагревание фиксированного объема анализируемого электролита пропусканием электрического тока, измерение времени, по которому судят о концентрации, до момента начала кипения. который определяют по скачкообразному уменьшению тока, проходящего через эле ктролит. Способ осуществляется следующим образом. Фиксируемый объем анализируемого электролита нагревают джоулевым теплом, которое выделяется за счет протекания через электролит электрического тока. Время нагревания электролита до температуры кипе1П1я является измеряемой величиной. Время нагревания измеряют до момента кипения, который определяют по скачкообразному уменьшению тока, проходящего через электролит. Ток уменьшается за счет образования парогазовых промежутков в момент закипания электролита, которые приводят к резкому увеличению сопрагивлежш электрической депи. Измерение температуры электролита можно описать дифференциальным уравнением(t,),Ц) где TsP с G - теплоемкость фиксированного объема электролита;ОС - его плотность и удель- J о, ная теплоемкость} В S - длина и площадь поперечного сечения фиксированного объема электролита;Я - полная теш1оотдача5 fc - температура; P(t,l) - подводимая мощйость. Пусть электролит нагревают электриче ским током, величина которюго остается неизменной. Тогда подводимую к электро литу мощность можно определить по фор муле а е -1 P(t,r)q; S X(t) где 0 - величина тока; 9t(-{;h удельная электропроводность электролита. Удельная электропроводность электролита зависит от температуры 2eCt.) «-A(t) где S6 - удельная электропроводности при известной температуре; A(i) - оператор, значение которого определяется истинной температурой электролита и его тем пературными коэффициентами. Допустим, что удельная электропрово дность электролита при изменении его концентрации описывается выражением ),( где ХгХ.-Хц, У - фактическая концентрация электролита; Хд - нача 1ьная концентрация;V, - коэффициент пропорци ональности; 92/ц - удельная электропроводность электролита при X ц . Решение уравнения (1) с учетом (2) |(3) и (4) для случая, когда Л О, отно:сительно времени tx , соответствующего моменту достижения электролитом темпе ратуры кипени54 -tj, , при нулевых началь ных условиях можно записать в виде . t..-()A(t)at, vr . Относительную чувствительность времени ty к изменению концентрации эле тролита X определяем по формуле ЭТу Эх Пусть электролит нагревают электрическим током, при этом напряжение, подводимое к электролиту, остается неизменным. Тогда подводимую к электролиту мощность можно определить по формуле P(t,f)u -|-ae(t),(7) где и - величина напряжения. Рещение уравнения (1) с учетом. (3), (4) и (7) для случая, когда Л 0, отно- сительно времени t , соответствующего ( моменту достижения электролитом температуры кипения ц , при нулевых начальных условиях можно записать в виде г- Ь с(%, (8) и- И+4.у) Относительную чувствительность времени к изменению концентрации определяем по фбрмуле электролита х Анализ выражений (6) и (9) показывает, что относительная чувствительность времени нагревания электролита к изменению его концентрации при указанных Bjaiще допущениях определяется зависимостью электропроводности электролита от его концентрации и не зависит от подводимой мощности 2. Цель изобретения - повышение чувствительности и точности определения концентрации электролита. Поставленная цель достигается тем, что нагревание- осуществляют электрическим током,; величину которого изменяют по за-. . кону -6Г . , л . .е где У - величина тока в любой момент времени; Эр - величийа тока при 0; СР - постоянная величина; t - время нагревания электролита до момента кипения, а концентрацию определяют по времени до начала кипения электролита. Способ осуществляется следующим образом. Фиксированный объем анализируемого электролита нагревают джоулевым теплом. 5se которое выделяется за счет протекания через электролит электрического тока. Величину тока, в процессе нагревания электролита изменяют по экспоненциальному закону. Измеряют время нагревания электролита от температуры Ьц до температуры кипения t )i. . Если электролит нагревают электрическим током, величина которого изменяется по закону a-:i (10) ;то подводимую к электролиту мощность можно определить по формуле 1 А Wa (v.i) tV I oл Домножим и разделим правую часть р венства (12) на (1):1сх), с учетом выр жения (5), получаем Гх( 1 аи (i-a6r)en()(- - Видно, что (13), (6) и (9) отличаются друг от друга на коэффициент iiVux,,.л (-аб1Г,)еп(1-аб1:х) Анализ выражения (14) удобно провес ти, предварительно разложив функцию v(l-2 (зС ) в ряд Тейлора, приняв за переменную 0 . . еп{1-аёггх)о-й6Гх-1б фа бЧ5- . (15 При условии, что (5 1, ряд (15) будет сходящимся. Ограничимся первыми тремя членами ряда и, подставив их в вы ражение (14), получим (i-acfx) с 4 5Сх) При (у 0, что равносильно нагреванию электролита током заданной величи- ны, М 1 и выражение (13) становится аналогичным выражениям (6) и (9).При 070 значение коэффиц11ента М по абсолютной величине больше единицы и при (у- яр t МI . Это значит, что при увеличении коэффициента б возрастает относительная чувствительность времени т ,1 нагревания электролита к изменению концентрации электролита. Таким образом, при нагревании электролита электрическим током, величина которого изменяется по экспоненциально-2ir е OL ц,,г).:,. rvt/-o, S аы (11) Решение уравнения (l) с учетом (3), (4) и (11), для случая когда Я. 0, относительно времени Т; , соответствующего моменту достижения электролитом температуры кипения -t j , при нулевых начальных условиях можно записать в виде . . 1/ « . l6a с,р я-.(,/кх)А(4:)оЦ:, Jo Относительную чувствительность- времени ТгЦ к изменению концентрации электролита X определяем по формуле len 1-(141) fe)a-t му закону, возрастает- относительная чувствительность определения концентрации анализируемого электролита. Экспериментальную проверку способа прреодят на растворе электролита, состоятем из N аОН и N аС. Концентрацию NaC2 поддерживают равной 2 СО г/л, а концентрацию NaOH изменяют в пределах от 80 до 120 г/л. Фиксированный объем электролита получают в цилиндрическом канале шпшой 43 мм и диамегром 2 мм. Измерения проводят при постоянной величине тока и при токе, который изменяется по экспоненциальному закону вида 3 20ОетоА . В первом случае при изменении концентрации в пределах от. 8О до 120 г/л относительное изменение А а л времени нагревания составляет лл ,6%, (по известному cn ico6y), а во втором случае 1ОО% 32,5%(по предлагаемому). Сопоставление полученных результатов говорит о том, что относительная чувствительность времени нагревания к изменению концентр ации электролита при нагревании его током, измен1пощемуся по экспоненциальному закону, выше чем, в известном способе. Кроме того, экспериментально подтверждается полученное аналитически соотношение (13), из которого изменяя характер тока чеследует, что электролит, т.е. выбирая О рез utTx где - время нагревания электролита при (з О, можно выбирать относительную чувствительность определения концентрации электролиту и делать ее выше, чем в известном способе, в число раз, лежащее в пределах от 1 до бесконечности. e За счет более высокой чувствительности можно точнее определять концентрацию электролита. Предлагаемый способ увеличивает точность определе ия концентрации электролитов, что позволяет улучшить качество контроля концентрации электролитов, участвующей в технологических процессах в различных отраслях промышленности, например в химической. Это позволяет улуч шить качество выпускаемого продукта, уменьшить потери сырья и энергетические затраты. Формул изобретения Способ определения концентрации электролита, включающий нагревание электро лита путем пропускания тока через него, измерение времени до момента начала кипения, о тл ичающийся тем, что, с целью повышения чувствит.ельности и точности определения концентрации электролита, нагревание осуществляют электри88ческим током, величину которого изменяют по .закону 0 где У - величина тока в любой момент времени tX величина начальный момент времени; время нагревания электролита до момента кипения; (j - постоянная вели ина, а концентрацию определ5пот по времени до начала кипения электролита. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Агейкин Д. И. и др. Аналитические приборы, построенные на динамическом принципе преобразования.-Сб. докладов Всесоюзной конференции Состояние и перспективы развития аналитического приборостроения до 1985 г. Тула, 1975. 2.Авторское свидетельство СССР № 693210, кл. Q 01N 27/О2, 1979 прототип).