Полярограф переменного тока Советский патент 1981 года по МПК G01N27/48 

Изобретение относится к средствам аналитического контроля и электрохимических исследований и может быть использовано во многих отраслях цветной металлургии, геологии, медицине, химической промышленности и т.д. для проведения массового экспресс-анализа растворов. Известно устройство для получения переменно-токовых полярограмм, содержащее генератор постоянного поляризующего напряжения, датчик, генератор развертки, генератор импульсов,, потенциостат, измерительное устройство и регистратор 1 Однако указанное.устройство не обладает достаточной чувствительностью и быстродействием вследствие инерционного временного разделения реактивной и активной составляющих тока полярографической ячейки. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является полярограф переменного тока, содержащий генератор постоянного поляризующего напряжения, генератор низкой частоты и генератор развертки, соединенные со входом стабилизатора напряжения, к выходу которого подключена трехэлектродная полярографическая ячейка, вспомогательный электрод которой соединен с устройством синхронизации отрыва ртутной капли, рабочий электрод с токоснимающим резистором, последовательно соединенные усилитель переменного тока, фазовый детектор и регистратор, фазовращатель , подключенный к фазовому детектору 2. Однако известное устройство не обладает достаточным для проведения массового анализа быстродействием, так как измерительная часть устройства имеет большую инерционность. Цель изобретения - повышение чувствительности и быстродействия полярографа переменного тока. 3 Поставленная цель достигается тем что полярограф переменного тока, со-держащий генератор постоянного поляризующего напряжения, генератор низкой частоты и генератор развертки, соед4иненные со входом стабилизатора напряжения, к выходу которого подклю чена трехэлектродная полярографическая ячейка, вспомогательный электрод которой соединен с устройством синхронизации отрыва ртутной капли, рабочий электрод с токоснимающим резистором, последовательно соединенные усилитель переменного тока, фазо вый детектор и регистратор, фазовращатель , подключенный к фазовому детектору,дополнительно снабжен уст ройством управления фазовым детектором, двумя одновибраторами, интегратором, схемой совпадения, запоминающим устройством и двумя ключами, при этом вход устройства управления фазовым детектором подключен к выходу фазовращателя, а выход - к управляющему входу фазового детектора и ко входу первого одновибратора, выход которого соединен с первым входом схемы совпадения и входом вто рого одновибратора, выход которого подключен к управляющему входу первого ключа, подключенного-параллельн интегратору, вход которого соединен с выходом фазового детектора, а выход - со входом второго ключа, управляющий вход которого соединен с выходом Схемы совпадения, а выход - через заломинающее. устройство с регистратором, второй вход схемы совпадения соединен с выходом устройства синхронизации отрыва капли и с управляющим входом генератора развертки. Такой полярограф дает возможность регистрировать полярограмму переменного тока за 2-3 с, т.е. при использовании ртутно-капельного электрода, за время жизни одной капли; На фиг. 1 представлена функциональная схема полярографа переменного тока; на фиг. 2 - эпюры, поясняющие работу синхронизатора; на фиг.3 эпюры, поясняющие работу измерительной части полярографа. Выход источника 1 постоянного поляризующего напряжения соединен с одним из входов стабилизатора 2 напряжения. К входам стабилизатора 2 подключены также выходы генератора 3 3 напряжения развертки, генератора низкой частоты; Выход стабилизатора 2 напряжения соединен со вспомогательным электродом 5 электрохимической ячейки 6. Вспомогательный электрод 5 подключен также к входу синхронизатора 7 времени измерения с отрывом капли. Электрод 8 сравнения соединен со входом стабилизатора 2 напряжения. Рабочий электрод 9 ячейки 6 соединен с токоснимающим резистором 10 и со входом усилителя 11 переменного тока. Второй вывод токоснимающего резистора 10 соединен с общей точкой схемы. Вь1ход усилителя 1 1 переменного тока соединен с сигнальным входом фазового детектора 12, управляемый вход которого подключен к устройству 13 управления фазовым детектором и, ко входу первого одновибратора 1A, вход устройства 13 управления фазовым детектором подключен к выходу фазового вращателя 15, соединенного с выходом генератора низкой частоты. Выход фазового детектора 12 соединен со входом аналогового интегратора 1б, параллельно конденсатору которого подключен первый ключ 17. Управляемый вход ключа 17 соединен с выходом -второго одновибратора 18. Вход одновибратора 18 подключён одновременно к выходу первого одновибратора и кодномуиз входов схемы 19 совпадения. Второй вход схемы 19 совпадения соединен с выходом синхронизатора 7 и управляемым входом генератора 3 напряжения развертки. Выход аналогового интегратора 1б подключен к сигнальному входу второго последовательного ключа 20, управляемый вход которого соединен с выходом схемы 19 совпадения. Выход ключа 20 соединен со входом запоминающего устройства 21, выход которого соединен со входом регистратора 22. Полярограф работает следующим образом. Трехэлектродная ртутно-капельная электрохимическа ячейка 6 заполняется анализируемым раствором. На входы стабилизатора 2 напряжения от источника 1 постоянного поляризующего напряжения 1 поступает начальное поляризующее напряжение, от генератора 4 низкой частоты подаётся синусоидальное напряжение, с генератора 3 напряжений развертки по команде синхронизатора 7 поступает линейно изменяющееся напряжение.Сумма этих напряжений с выхода стабилизатора напряжения подается на вспомогательный электрод 5 ячейки 6, Стабилизатор 2 напряжения обеспечивает стабильное напряжение между электродом 8 сравнения и рабочим электродом 9 ячейки 6 вне зависимости от величины протекающего через ячейку тока. Вспомогательный электрод подключен также к входу синхронизатора 7. Синхронизатор обеспечивает синхронизацию 23 времени измерения с определенным временем жизни капли, когда ее поверхность мало изменяется. За время действия команды 2k сфорироваванной синхронизатором, генератор развертки вырабатывает линейно изменяющееся напряжение 25. Скорость нарастания этого напряжения выбирается таким образом, что за время измерения полностью регистрируется полярограмма 26 одного или нескольких анализируемых элементов. Команда с синхронизатора управляет также схемо 19 совпадения, Что дает возможность за время измерения проводить запись информации с аналогового интегратора 1б в запоминающее устройство 21.чере ключ 20, т.е. в конечном итоге ре-гистрировать полярограмму 26. Кроме того, управление измерительной часть схемы производится от опорного сигна ла 27,.поступающего с выхода фазовращателя 15 на вход устройства 13 управления фазовым детектором, которое вырабатывает стабильные по длительности команды управления фазовым детектором 12. Моменты начала команд управления фазовым детектором определяются соотношением фазы измеряемого сигнала 29 или 30 с фазой опорного сигнала 27. По окончании команды. 28 первым одно-вибратором Н формируется команда 3-1 записи информации в запоминающее устройство 21. Эта команда 31 через схему 19 совпадения управляет ключом 20. Команда 31 проходит на управляемый вход последовательного ключа 20 только на время действия команды от синхронизатора 7. В остальное время схема 19 совпадения не пропускает команду 31 и ключ 20 остается разомкнутым По окончании команды 31 записи второ одновибратор 18 формирует команду 32 установки интегратора 1б в исходное -состояние. Этой командой управляетс первый ключ 17, через который осуществляется разряд конденсатора аналогового интегратора 16. Длительность команд 28 управления фазовым детектором 12, записи 31 и установки интегратора в исходное состояние 32 в сумме должна быть меньше или равна периоду синусоидального сигнала 27. Переменный ток, протекающий через токоснимающий резистор 10 - величина комплексная. Полезная информация о концентрации анализируемого элемента в растворе содержится в активной coставЛяющей тока ячейки 6, тогда как реактивная составляющая является помехой. В измерительной части схемы осуществляется компенсация реактивной составляющей тока ячейки. В случае отсутствия деполяризатора в растворе через ячейку протекает только реактивный ток. Переменное напряжение, действующее на токоснимающем резисторе 10, поступает на вход усилителя 11 переменного тока. С выхода усилителя 11 измеряемый си|- нал 29 поступает на вход фазового детектора 12, управляемого командами 28 устройства 13 управления фазовым детектором. При этом фазовращателем 15 устанавливается такое время действия команды 28, чтобы на выходе фазового детектора 12 была вырезана строго симметричная относительно нуля часть полупериода сигнала 33Одновременно сигнал 33 интегрируется на интеграторе 16. Результат интегрирования за время действия команды 28, который в данном случае равен нулю, запоминается на интеграторе и по команде 31 переписывается в запоминающее устройство 21, а затем поступает на регистратор 22. Из эпюры видно, что на выходе схемы регистрируется нулевое значение, т.е. произошла компенсация сигнала от реактивного тока ячейк.и. В случае наличия деполяризатора в анализируемом растворе через ячейку протекает ток, имеющий как активную, так и реактивную составляющие. На входе усилителя 11 переменного тока действует сигнал 30, сдвинутый по фазе относительно реактивного сигнала 29- При этом фазовый детектор вырезает несимметричную часть синусоиды 29, которая интегрируется интегратором 16. Результат интегрирования 35 запоминается на интеграторе 1б на время записи в запоминающее устройство 21 по команде 31. За тем интегратор по команде 32 устана ливается в исходное состояние. Записанное в запоминающее устрой ство значение тока Зб пропорциональ ное активной составляющей тока ячей ки, поступает на вход регистратора 22. В следующем периоде синусоидального напряжения процесс измерения повторяется. Быстродействующий, чувствительный полярограф может быть использован как в исследовательских целях, так и при массовом экспресс-анализе технологических продуктов предприятий химической промышленности, цвет ной и мерной металлургии. Формула изобретения . Полярограф переменного тока, содержащий генератор постоянного поля ризующего напряжения, генератор.низ кой частоты и генератор развертки, соединенные со входом стабилизатора напряжения, к выходу которого подключена трехэлектродная полярографическая ячейка, вспомогательный электрод которой соединен с устройством синхронизации отрыва ртутной капли, рабочий электрод с токоснимающим резистором, последовательно соединенные усилитель переменного тока, фазовый детектор и регистрато фазовращатель, подключенный к фазовому детектору,о тличающийс я тем, чтсГ, с целью повышения чувствительности и быстродействия, он дополнительно снабжен устройством управления фазовым детектором, двумя одновибраторамй, интегратором, схемой совпадения, запоминающим устройством и двумя ключами, при этом вход устройства управления фазовым детектором подключен к выходу фазовращателя, а выход - к управляющему входу фазового детектора и ко входу первого одновибратора, выход которого соединён с первым входом схемы совпадения и входом второго одновибратора, выход которого подключен к управлящему входу первого ключа, подключенного параллельно интегратору вход которого соединен с выходом фазового детектора, а выход - со входом второго ключа, управляющий вход которого соединен с выходом схемы совпадения, а выход - через запоминающее устройство с регистратором, второй вход схемы совпадения соединен с выходом устройства синхронизации отрыва капли и с управляющим входом генератора развертки. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Брук Б.С. Полярографические методы. М., Энергия, 1972, с. 127. 2.Авторское свидетельство СССР № 45702, кл. G 01 N , 197.

А 3pm.

капли

23

.CHHX

Zk

A ОразВерт..

регистр

26

Фиг. I

r

27

28 3t

32 29

ч

33

30

х

/