Вольтамперограф Советский патент 1981 года по МПК G01N27/48 

(54) BOnbTAIfflEPOrPAO

1

Изобретение относится к электрохимическим, аналитическим и физикохимическим измерениям и может быть использовано в радиотехнике, приборостроении, полупроводниковой технике для автоматического измерения, контроля и слежения за технологическим процессом получения необходимого продукта.

Известны вольтамперографы, работающке. в постоянно- и переменнотоковом, осциллографическом и импульсном режимах р 1.

Однако чувствительность этих устройств ограничивается остаточным током датчика. Датчик содержит анод, катод, электрод, раствор индифферентного электролита высокой концентрации 0,1-1 М, в котором находится определяемое вещество с концентрацией М. Такие концентрации являются предельными для названных режимов вольтамперометрии (полярографии и известных устройств. Кроме того, на

предельной чувствительности эти устройства имеют высокую погрешность ( 30-50%.

При малых концентрациях вещества деполяризатора, восстанавливающегося (окисляющегося) на электроде в присутствии инди(1х 1ерентного электролита, наряду с током деполяризатора протекает остаточный ток, искажающий результаты измерения и уменьшающий чувствительность и точность. Этот ток содержит емкостную составляющую тока от следов кислорода, составляющие от посторонних примесей, составляющие, возникающие из-за конечной величины сопротивления изоляции схем. Остаточный ток огра1гачивает чувствительность вольтамперных методов измерения малых концентраций вещества в растворе и повыщает погрешность о.преяелений.

Наиболее близким изобретению является вольтамперограф переменного тока 1ШТ-1, содержащий сумматор, ко ay кс)тор(Мо ii(.)jiKjiinu-4i б.иж генератор iui.4 iiic4VK)iunx напряжений, а к выходу уси.чи ге.ЧЕ, MuiunotiTH с: регулятором чувстиительности, соединенный с полярографическим датчиком, который подключен через ycirjiHTCju, cMtrnata, когерент ный детектор ц блок лнтоматики к само пишут-цему 11риб()ру f2j. Недостатком 1П1Т-I является высокий уронень остаточного тока, что приводит к снижению чувстнительиости и точ HOCTI измерения . Цель изобретения - повышение чувст ните.ньности и точности измерения. Поставле1ная цель достигается тем, что во;и,тамперограф, содержащий сумматор, ко нходу которого подключен 6J7OK 1-снераторов поляризующих напряж ний, а к выходу - усилитель мощности с peгyлятopo i чувствительности, соедииенчый с полярографическим датчиком, который подключен через усилиTi;jn сигнала, когерентный детектор и б.ч(.1к автоматик-i к самопишущему прибору, допо.члительно содержит генератор напряжения компенсации, усилитель ча 1 оты ком11еш:ации, амплитудный детектор, псгрвый и второй фильтры и вы- чичакмисе ycTpoiicTBO, при этом генера тор напряжения компенсации подключен к 1,-умматору, В1ЛХОД усилителя С1 гнала соединен со входом усилителя частоты компенсации, подключенного через амплитуд HI.III детектор и первый фильтр к входу вычитающего устройст ва, BTOpoii вход KOTOpoio через блок автоматики и второй фильтр соединен с когерентным детектором, выход коTopoio подключен к блоку автоматики, при эчом величина напряжения генератора компенсации изменяется в пределах 2-50 мВ, а частота 20-2000 Гц. На чертеже показана блок-схема вольтамперографа. Вол1зтамперограф содержит блок 1 генераторов поляризующих напряжений, которые могут быть; а) постоянным, б) линейноизменяющимся, в) совместно по пп. а и б; г) синусоидальным; д амплитудно-модулированным; е) сов местно по пп, а, б, г; ж совместно по пп. а, б, д. Поляризующее напряжение через сумматор 2 и усилитель 3 мощности (компенсатор) с регулятором чувствительности подается на электроды датчика 4. Сюда же поступает напряжение частоты компенсации огтаточного тока от генератора 5 напряжошя частоты компенсации. Величина этого напрямсення изменяется от 2 до 50 мБ с qacTOToii: 20-2000 Гц. Ток датчика усиливается усилителем сигнала 6 и подается по трем кан;1лам: па вход когерентного детектора 7, на вход усилителя 8 частоты компенсации с регулируемым коэффициентом усиления и на вход фильтра 9 частоты компенсации, который не пропускает на выход напряжение частоты компенсации. Выход усилителя 8 соединен со входом амплитудного детектора 10, выходное напряжение которого через фильтр 11 поступает на первый вход вычитающего устройства 12. Второй вход вычитающего устройства 12 соединяется через блок коммутации 13 либо с выходом фильтра 9 в реисиме регистрации тока от постоянного, линейноизменяющегося и их суммы поляризующих напряжений, либо с выходом когерентного детектора 7 в случае регистрации тока датчика А от синусоид,ального и амплнтудно-модулиропанного поляризующего напряжений. Выход вычитающего ycTpoficTBa 12 подключен к входу самопишущего прибора 14. Запуск, остановка и синхронизация блока 1 , датчика 4 и самопишущего прибора 14 для автоматичегко записи кривой ток-напряжение мещ;у электродами осуществляется блоком автоматики 1 5 . Устройство работает следующим образом . Ток от поляризующего напряжения, сформированного в блоке 1, протекающий через ycиJБ тeль мощности 3 и датчик 4, поступает в усилитель сигнала 6, с выхода которого через когерентный детектор 7 либо фильтр 9 подается на второй вход вычитающего устройства 12. На первый вход вычитающего устройства 12 подается ток компенсации остаточного тока, которьш формируется за счет подачи на датчик 4 напряжения . компенсации от генератора 5. Ток компенсации всегда имеет частоту выше частоты поляризующего напряжения для всех режимов работы блока 1, как указано, а величина напряжения составляет 2-50 мВ. Ток компенсации, также как и ток измеряемого деполяризатора, усиливается усилителем сигнала 6 и подается на вход усилителя 8 с регу лируемьп- коэффициентом усиления. С выхода усшштеля 8 сигнал компенсации выпрямляется амплитудным детр rop(JM 10 н (Ьильч pye I ся фи-)ьтр()м М. ( выхода JHJibTpii 1 1 иыпрям.ченньп и () фильт1)О1мины11 сгигна; компенсации име ет форму KpuBoii ток компенсащ.; - на пряжение мехсду электродами, очень близкую к форме кривой о(-тато)ный ток -. 1апряжение меж;1;у электродами. Амплитуда тока компенсации с выхода фильтра 11 изменяет ся регулировкой коэффициента усиления усилителя 8. С выхода фильтра 1I ток компенсации необходимо1( величины подается на пер вый вход 1зычитаю1це1о устройства 12 в той же фазе, что и ток сигнала с детектора 7 или фильтра 9. Измерение производится следующим образом. В режиме линейноизменяющегося напряжения на блоке генераторов устана ливают -начальное напряжение по велич не меньше потенциала восстановления (окисления) деполяризатора. Ток сигн ла через фильтр 9 частоты компенсации и блок коммутации 13 подается на вычитагаиее устройство 12. Самопишущий прибор регистрирует остаточный ток. От генератора 5 напряжения частоты компенсации на датчик подается напряже1ше 2 мВ и часто ою 200 Гц. Регулируя усиление компенсации, доби ваются минимального показания самопи шущего прибора 14. После запуска бло ков 1 и 14 и введения компенсации ос таточного тока вне области потенциалов восстановления на бумаге самопишущего прибора должна выдерживаться горизонтальная линия. Застройка на минимум остаточного тока осуществляется при включении блока 1 также регулировкой усиления блока 8. В режиме линейноизменяющегося и синусоидального напряжения напряжени тока компенсации 5 мВ частотою 500 Г подается с генератора 5 на датчик. Сигнал (остаточный ток ) через когерентный детектор 7 и блок коммутации 13 подается на вход вычитающего устройства 12. Ток компенсации через блоки 8, 10, П поступает на блок 12 Остальное происходит также как в опи саннои выше режиме. Компенсация остаточного тока в других рехшмах осуществляется аналогично двум описанным режимам. 2. 5нгдс 1ие о.чсксч r.i.n чдии от.чичает пред,.и( усчропстио от ичвестпсио. В рстудь гач е помьп.кютгя 4yBCTHirre;u iT(CTf. iKiuisi п И) рач, что позволяет определять К{.1ниеитрации нешесгва, в частности, п сточных водах iipiiMbiiiLHCHH),x предирияти, ниже уровня предельно допустимо копцентраиии. Формула изобретения I . ВольтамперО1раф, содержа 1ий сумматор, ко «ходу которого подключен блок- генераторов поляризую цих на 1ряжений, а к зьгходу - усил1ггель мощ 1ости с регулятором чувстп 1тельности, соединенный с полярографическим датчиком, который подключен через усилитель , ко ерентнг) детектор и блок автоматики к самопи 11у1цему прибору, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повьппеиия чувствительности и точности измерения, оя дополнительно содержит -енератор папряже)П1Я компенсащ-ги, усил 1тель частоты компенсации, ам литуднь Ч детектор, 1 ервый и второй фиJПlTpы и ычитающее устройство, при этом генератор напряжения компенсации к сумматору, выход ус1.чителя си нала соединен со входом усилителя частоты компенсации, подклк1чен {о1о через амплитудный детектор 1 первый фильтр к ервому входу вычитаю цего устройства, второй вход которого через блок автоматики и второй фильтр соединен с когерентным детектором, выход которого подключен к блоку автоматики. 2. Врльтамперограф по п. 1, о т личающийся тем, что величина напряжения генератора компенсации -изменяется в пределах 2-50 мВ, а частота 20-2000 Гц. Источники И1 формации, принятые во внимание при экспертизе 1.Брук B.C. Полярографические методы. М., Энергия, 1972, с. 127. 2.Малинина Р.Д., Салихджанова Р.Ф. Полярограф переменного тока ГШТ-1. Заводская лаборатория, 1971, 37, № 9, с. П54.