Вольтамперометрическая ячейка с вращающимся индикаторным электродом Советский патент 1982 года по МПК G01N27/07 

1

Изобретение относится к аналитической химии, а именно к электрохимическому приборостроению, и может быть использовано при количественных определениях компонентов, растворенных в электролите.

Определение концентрации компонентов электролита в вольтамперометрии основано на электрохимической рейкции на электроде в условиях диффузии анализируемого компонента к поверхности электрода.

Плотность предельного диффузион- , него тока в условиях стационарной конвективной диффузии определяется законом Фика:

nFDC

й«А

где п - число электронов,, участвующих в электродной реакции;

F число Фарадея;

D - коэффициент диффузии; С - концентрация анализируемого вещества на внешней границе

диффузионного пограничного слоя, равная объемной концентрации;С - тол1щна диффузионного пограничного слоя.

Чувствительность определения зависит, как видно из уравнения, от величины сГ, , поэтому во всех известных конструкциях ячеек и индикаторных электродов повышение чувстви-. тельности связано с уменьшением толщины диффузионного слоя на электроде.

Известна тонкослойная ячейка, в которой толщина диффузионного слоя зависит от Пространства между электродом сравнения и индикаторным электродом tfl .

Однако данная конструкция обладает низкой чувствительностью вследствие большой толщины диффузионного слоя. Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемом., устройству является вольтамперометрическая ячейка с вращающимся дисковым индикатор. 38 ным электродом, получившая широкое распространение. Ячейка состоит из корпуса, содержащего вал, соединенный с электроприводом, дисковый индикаторный электрод, закрепленный на торце вала, электрод сравнения, вводы для газа и электролита. Принц действия ячейки основан на том, что при вращении вала с закрепленным на торце дисковым индикаторным электро дом возникает направленный поток электролита к центру вала.Вблизи поверхности диска за счет центробежных сил возникает поток, направленный от центра диска. Создается круговое движение электролита 2. Указанная ячейка обладает следую щими недостатками. Толщина диффузионного пограничного слоя зависит от интенсивности циркуляции электролита, последняя же определяется скоростью вращения электрода. Таким образом, возможности повышения чувствительности ограничены, так как увеличение скорости вращения связано с усложнение конструкции вращающегося электрода. Невозможна продувка электролита инертным газом во время аналитического определения, так как барботажискажает значеьшя тока из-за возмож ного попадания, газа на поверхность электрода. В то же время непрерывна продувка инертным газом в некоторых случаях необходима, чтобы исключить Проникновение кислорода воздуха через имеющиеся неплотности вращающег ся электрода. Для устранения мешающ го влияния кислорода воздуха данная ячейка предварительно продувается инертным газом. Б период измерения инертный газ не подается, чтобы не нарушать гидродинамику потока элект ролита к электроду. Низка чувствительность при анализе компонентов газовой смеси, пло хо растворимых в электролите, вслед ствие слабого насыщения. При анализе газа, плохо раствори мого в электролите, например, кислорода, последний барботируют в яче ке в электролит и определяют значеПия тока на электроде, пропорционал ные концентрации растворенного газа деполяризатора. Для повышения чувствительности анализа газа, плохо растворимого в электролите, трубку подачи газа необходимо расположить ближе к электроду, что значительно 4 нарущает гидродинамику потока, искажает значение и делает нестабильным его измерение. Целью изобретения является увеличение чувствительности и повьшение точности измерений за счет полного исключения влияния барботажа газа на работу индикаторного- электрода. Указанная цель достигается тем, что в вольтамперометрической ячейке с вращающимся индикаторным электродом, включающей вал, соединенный с электроприводом, индикаторный электрод, закрепленный на валу, вводы для электролита и газа, нижняя часть вала выполнена в виде шнека, а индикаторный электрод в виде кольца или микродиска расположен на участке вала над шнеком, при этом вал с электродом помещен в трубку, имеющую над электродом отверстия для выброса электролита и образующую с электродом кольцевой зазор. Размеры кольцевого зазора между стенкой трубки и электродом выбираются таким образом, чтобы при движении жидкости, омывающей электрод, число Рейнольдса (Re) не превышало 10 . При вращении вала создается поток электролита, направленный параллельно оси вращения за счет подачи электролита шнеком. Узкое кольцевое пространство обуславливает высокую скорость движения электролита. Вращательное движение электрода создает перпендикулярно направленный поток электролита. Результирующая сложения двух потоков значительно уменьшает толщину диффузионного пограничного слоя на электроде, способствуя повышению чувствительности. Размеры кольцевого зазора между электродом и стенкой трубки выбираются таким образом, чтобы сохранить ламинарность потока, при этом выполняется зависимость между толщиной диффузионного пограничного слоя и скоростью вращения электрода. На чертеже изображена предлагаемая ячейка. Ячейка имеет корпус 1, в который сверху вставлена трубка 2, имеющая отверстия 3. В эту трубку вставлен вал 4, соединенный резьбовым соедиг нением с приводом 5. Нижняя часть вала выполнена в виде шнека 6. На участке вала над шнеком закреплен электрод 7, выполненный в виде микродиска или кольца. Электрод 7 распо5

ложен ниже уровня отверстий 3 трубки 2 для обеспечения выброса электролита 8 нри вращении вала. Ячейка снабжена электродом сравнения 9, трубкой 10 для подвода инертного или анализируемого газа, гидрозатвором 11, отверстием с пробкой I2 для ввода электролита 13. В нижней части имеется трубка 14 с краном 15 для слива электролита. Ячейка оснащена рубашкой 16 с вводом и выводом 17 для термостатирующей жидкости.

Вал помещен в ячейку через сальниковую втулку, расположенную в корпусе привода 5, что обеспечивает необходимую изоляцию ячейки от наружной атмосферы. Дополнительная изоляция создается путем продувания ячейки инертным газом, подаваемым через трубку 10 в течение всего времени определения, поскольку в данной конструкции ячейки барботаж инертного газа не влияет на величину измеряемого тока.

При вращении вала шнек 6 забирает электролит 13 и подает его вверх по трубке 2. В кольцевом зазоре электролит омывает электрод 7.Электролит из трубки 2 выбрасывается через отверстия 3. При этом создаются благоприятные условия для быстрого насыщения электролита барботирующим через электролит газом вследствие увеличения поверхности контакта. Это,в свою очередь, позволяет успеш.но проводить высокочувствительное вольтамперометрическое определе ше микроконцентраций газа-деполяризатора, например кислорода, подаваемого через трубку 10.

Несмотря на осуществление в предлагаемой конструкции весьма интенсивной и строго направленной относительно поверхности вращающегося индикаторного электрода циркуляции электро лита общий объем исследуемого элект104

ролита в ячейке невелик, примерно такой же, как и для обычного полярографического анализа (20-30 мл).

Ячейка выполнена из стекла, а вал из диэлектрика, например из органического стекла.

«

Уменьшение толщины диффузионного пограничного слоя в предлагаемой ячейке приводит к увеличению чувствительности определения компонентов, растворенных в электролите. . Исключение попадания газа на поверхность электрода повышает точность определения за счет исключения флуктуации тока.

Формула изобретения

Вольтамперометрическая ячейка с вращающиеся индикаторным электродом включающая вал, соединенный с электроприводом, индикаторный электрод, закрепленный на валу, вводы для электролита и газа, отличающаяся тем, что,с целью увеличения чувствительности и повышения точности измерений за счет исключения влияния барботажа газа на работу индикаторного электрода, нижняя часть вала выполнена в виде шнека, а индикаторный электрод в виде кольца или микродиска расположен на участке вала над шнеком, при этом вал с электродом помещен в трубку, имеющую над электродом отверстия для выброса электролита и образующую с электродом кольцевой зазор. , Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе 1.Патент Франции № 2093393,

.кл. G 01 N 27/00, 1972.

2. Плесков Ю.В., Филиновский В.Ю Вра1Дающийся дисковый электрод., Мг , Наука, 1972, с. 323 (прототип).