Электрохимический способ определения концентрации газа в газовой смеси Советский патент 1981 года по МПК G01N27/46 

Изобретение относится к электро химическим способам определения концентрации газа в газовой смеси и может быть использовано в науке и производстве, в частности в аналитическом приборостроении. Известен электрохимический способ определения концентрации кислорода в газовой смеси, заключающийся в непрерывном пропускании анализируемой смеси через электрохимическую твердо электролитную ячейку с заданным знач нием парциального давления кислорода в газовой фазе и измерении ЭДС этой ячейки l. Наиболее близким к предлагаемому является электрохимический способ определения концентрации газа в газо вой смеси путем непрерывного пропуск ния газовой смеси вдоль поверхности газодиффузионного гидрофобного элект рода, на котором происходит окислени Vвосстановление) анализируемого газа 2. Недостатком этого электрохимического способа определения концентрации газа в газовой смеси является частичная потеря информации за счет уноса части анализируемого газа в процессе непрерывного пропускания газовой смеси через электрохимическую ячейку вдоль поверхности газодиффузионного гидрофобного электрода, и неполное электрохимическое окисление (.восстановление) . Ток окисления (восстановления) электрохимической ячейки, пропорциональный концентрации анализируемого газа, регистрируется в данный момент времени, и также имеет заниженное значение. Целью изобретения является повышение точности определения концентрации анализируемого газа в газовой смеси. . Поставленная цель достигается тем, что согласно электрохимическому способу определения концентрации газа Э газовой смеси, основанному на про.1ускании газовой смеси вдоль поверх- чости газодиффузионного гидрофобного электрода, на котором происходит оки ление (восстановление/ газа, газовзло смесь пропускают многократно до полн го окисления (восстановления 7 и по интегралу этого тока во времени судя о концентрации газа. На фиг. 1 изображена блок-схема устройства, реализующего предлагаемы способ; на фиг. 2 - диаграмма i-t за писи сигнала электрохимической ячейки (2.1) и диаграмма Q-t записи инте рального значения электрохимической ячейки (2.2). Блок-схема содержит электрохимическую ячейку 1, циркуляционный насо и калибровочную емкость 3 с двумя трехпозиционными кранами 4 и 5. Все указанные элементы соединены мелсду собой пневматическими линиями. Электрохимическая ячейка состоит из двух камер; газовой 6 и электролитной 7, пространство между которыми разделяет индикаторный газодиффузионньй гидрофобный электрод 8. В электролитной камере находятся элект род сравнения 9 и вспомогательный , электрод 10. Все электроды ячейки соединены с измерительным блоком 11, посредством которого осуществляется поддержание необходимого.потенциала поляризации индикаторного электрода 8, компенсация фонового тока и интегрирование сигнала электрохими. ческой ячейки. Перед проведением анализа калибро вочная емкость 3 заполняется анализируемой газовой смесью, краны 4, 5 устанавливаются в положении 4.1-4.2 и 5.1-5.2 соответственно и на индика торный электрод подается напряжение поляризации. После включения насоса 2 газовая смесь начинает циркулировать в замкнутом пневматическом контуре, минуя калибровочную емкость 3 до тех пор, пока выходной сигнал электрохимической ячейки 1 не достигнет некоторого установившегося значения -fo Фиг,2. Затем при помощи измерительного блока компенсируется значение ij таким образомJ чтобы ток в цепи интегрирования был равен нулю и включается интегрирование. После этого краны 4 переводятся в положение 4..3 и 5. 5..3 соответственно, и через электрохимическую ячейку начинает циркулировать анализируемая газовая смесь. В процессе циркуляции молекулы анализйруемой газовой смеси диффундируют к поверхности ивдикаторного газодиффузионного гидрофобного электрода 8, на которой происходит электрохимическая реакция. При этом выходной сигнал электрохимической ячейки в начале возрастает до некоторого значения (отрезок а-б фиг. 2,1), а затем, по мере уменьшения количества анализируемой газовой смеси в замкнутом пневматическом контуре, уменьшается до первоначального значеш я IQ (отрезок б-в фиг. 2.1} после чего интегрирование прекращается (точка .2.2;, показания интегратора переводятся на нулевую отметку Сточка в , фиг. 2.2} и начинается новый цикл измерения в указанной последовательности. Площадь части диаграммы, ограниченная точками а-б-в-а(фиг. 2.1}, характеризует собой количество электричества, затраченное на окисление восстановление J газа анализируемой газовой смеси и определяет его массу в калибровочной емкости 3. Кривая интегрирования отрезок(а-в, фиг.2.2 достигает своего максимального значения к моменту окончания окисления (восстановления). Это значение, выраженное в кулонах, и есть искомое значение количества электричества,затраченное на-окисление (восстановление) газа в анализируемой газовой смеси., Весовая ( массовая концентрация газа в анализируемой газовой смеси рассчитывается по формуле S где А - молекулярный вес газа; Q - количество электричества, затраченное на процесс окисления (восстановления}; п количество электронов, участ. вующих в раакцииi F - число Фарадея; . V - объем анализгруемой газовой Таким образом, при помощи установки, реализующей способ, и устройства, можно обеспечить существенное улучшение метрологического обеспечения газоаналитических приборов, используемых в промьшшенности, а также создавать образцовые средства измереиия. Благодаря высокой чувствительности предлагаемого способа и устройства можно аттестовать нуль-газ, т.е. газ, который используется для настройки нулевой точки аналитических приборов в процессе их калибровки и поверки. Например, особо чистьш азот или гелий, используемые в качестве нуль-газа, могут содержать до 1 3-10 моль/см примесей токсичных га зов, содержание которых не может быть пронормировано из-за отсутствия средств измерения концентрации. При использовании предлагаемого способа и устройства в особо чистом азоте обнаружена концентрация окиси углерода до 5,4-10 оль/см . Эта полравка должна учитываться при калибровке и поверке газоанализаторов. Известными способами концентрация такого порядк не может быть определена, так как, например, в газоанализаторах, основа ных наг методе инфракрасного поглощения окиси углерода в инфракрасной области спектра, показания отсчитываются по отношению к эталонной камере которая заполнена нуль-газом, со7 держащим окись углерода до 5,4 1(Г моль/см. Формула изобретения Электрохимический способ определения концентрации газа в газовой смеси вдоль поверхности газодиффузи- онного гидрофобного электрода, на котором происходит окисление (восстановление7 газа, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения концентраций, газовую смесь пропускают многократно до полного окисления (восстановления) газа, регистрируют ток окисления восстановления и по интегралу этого тока во времени судят о концентрации газа. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 55327, кл. GOJ N27/46, 1977. 2,Bay H.W., 8 yrton K.F., Sed- tokO.M,, Valentine A.M. Ana itical Chemistry, vol. 46, № 12, Get, 1974, 1837 (прототип).