Полярограф с капающим электродом Советский патент 1982 года по МПК G01N27/48 

Изобретение относится к электрофизическим, электроаналитическим и электрохимическим исследованиям и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства для исследования, контроля, измерения и автоматизации технологических процессов и контроля за окружающей средой.

Известен полярограф, содержащий капающий электрод, состоящий из ка- пилляра, соединенного эластичной трубкой с резервуаром, в котором находится материал электрода в жидком состоянии. Наиболее часто таким материалом служит-, ртуть. Датчик содержит (индифферентный электролит с высокой проводимостью и концентрацией порядка 0,01-1 М), в котором растворена определяемая примешь с значительно меньшей концентрацией, по сравнению с концентрацией Фона. На электроды накладывается поляризующее напряжение, состоящее из начального, линейно изменяющегося (или импульсного) и переменного колебания небольшой амплитуды В частном случае переменное напряжение может быть равно нулю. Под действием этого напряжения через датчик будет протекать ток, величина которого зависит от концентрации определяемой примеси. Самопишущий прибор записывает вольтамперную характеристику (полярограмму) датчика. По полярограмме можно определить -концентрацию и природу примеси, находящейся в растворе D.

Наиболее близким к изобретению является полярограф с капающим электродом, содержащий генератор поляризующих напряжений, первый выход которого подключен через cyi iMaTop и усилитель мощности с регулятором чувствительности к датчику, который соединен через усилитель тока датчика и когерентный детектор с самопишущим прибором, подключенным к

20 входу блока автоматики, первый выход которого соединен с генератором поляризующих напряжений, второй вь1ход генератора поляризующих напряжений подключен к когерентному детектору 2.

Капающие электроды, используемые в указанных полярографах, имеют существенный недостаток, который заключается в том, что при поляризации его в широком диапазоне напряжеНИИ (0-2 В) он изменяет период капа ния в 1,5-2 раза. Широкий диапазон напряжений необходимпри исследовании многокомпонентных растворов (сточные воды, растворы гальванованн и т.д.) и для повышения производительности. Изменение периода капания обусловлено зависимостью поверхностного натяжения границы капля-раствор от поляризующего напряжения. Изменение периода капания от напряжения искажает прлярограмму даже в узком диапазоне напряжений. Ис кажения проявляются как в изменении высоты полярограммы, так и ее накло на или полуширины, так как ток. датчика зависит от периода капания. Известен способ регулирования пе риода капания путем принудительного отрыва от капилляра. Принудительный период отрыва капли должен быть значительно меньше естественного периода капания з. Однако способ позволяет уменьшить, но не устранить, указанную вы ше зависимость пеоиода капания от напряжения. Кроме того, площадь капли, пропорциональная степени две третьих от периода капания, еще более уменьшается, что приводит к увеличению погрешности измерения. Цель изобретения - повыаение точности измерений путем уменьшения зависимости периода капания от поляризующего напряжения. Поставленная цель достигается тем что долярограф с капающим электродом, содержащий генератор поляризующих напряжений, первый выход которо го подключен через сумматор и первый, усилитель мощности с регулятором чувствительности к датчику, который соединен через усилитель тока датчика и когерентный детектор с самопишущим прибором, подключенным к входу блока автоматики, первый выход которого соединен с генератором поляризующих напряжений, второй выход генератора поляризующих напряжений подключен к когерентному детек тору, дополнительно содержит фильтр триггер, ключ, блок памяти, схему сравнения периодов капания, второй усилитель мощности,задатчик периода капания, электродвигатель, при этом выход усилителя тока датчика подключен через фильтр к триггеру, выход которого соединен через ключ и блок памяти с первым входом сзгемы сравнения периодов капания, второй вход которой соединен непосредственно с выходом триггера, выход схемы сравнения подключен к первому входу второго усилителя мощности, второй вход которого соединен с задатчиком периода капания, а выход - с электро двигателем, связанным механически с резервуаром капающего электрода, второй выход блока автоматики подключен к ключу. На чертеже показана блок-схема предлагаемого полярографа. Полярограф содержит генератор 1 поляризующих напряжений, выход которого соединен с входом суммато- ра 2. Выход сумматора 2 через усилитель 3 мощности с регулятором чувствительности соединен с датчиком 4, который подключен к усилителю 5 тока датчика, выход которого соединен с когерентным детектором 6. С выхода когерентного детектора б сигнал подается на самопишущий прибор 7. Блок 8 автоматики соединен с генератором 1 поляризующих напряжений и самопишущим прибором 7. Вход фильтра 9 соединен с выходом усилителя 5 тока датчика, а выход - с триггером 10. Выход триггера 10 подключен к первому входу ключа 11, второй вход которого соединен с блоком 8 автоматики. Выход ключа 11 через блок 12 памяти соединен с первым входом схемы 13 сравнения длительности периодов, второй вход схемы 13 сравнения подключен к первому входу ключа 11. Выход схемы 13 сравнения через усилитель 14 мощности соединен с электродвигателем 15. Второй вход усилителя 14 мощности соединен с выходом задатчика 16 периода капания. Вал электродвигателя 15 с помощью тросика связан с резервуаром 17 капающего электрода датчика 4. Устройство работает следующим образом. Вал двигателя вращаясь перемещает держатель с резервуаром. Конструкция электромеханической части выполняется аналогично конструкции Записывающей части самопишущих приборов типа ЭПП09, КСП4. При Нажатии кнопки Пуск, находящейся в блоке 8 автоматики, последний запускает генератор I поляризующих, напряжений, самодишущий прибор 7 и закрывает ключ 11, который подавал на блок 12 памяти с триггера 10 импульс напряжения прямоугольной формы, равной по длительности периоду капания. Триггер 10 запускается в мрмент роста капли и сбрасывается в момент отрыва капли. С блока памяти импульс напряжения подается на схему 13 сравнения длительности периодов капания. На второй вход схемы 13 сравнения подается импульс напряжения непосредственно с выхода триггера 10. При одинаковой длительности обоих импульсов выходной сигнал схемы 13 сравнения равен нулю. Электродвигатель 15 удерживает резервуар 17 на заданной высоте за Счет начального задан го напряжения от задатчика 16 периодов капания. Для уменьшения влияния величины поляризующего напряжения на период капания используется известная обратно пропорциональная зависимость периода капания от высоты ртутного столба: с.увеличением высоты столба период капания уменьшается и наоборот. Блок 12 памяти запоминает выходной импульс (период капания) триггера 10 при начальном поляризующем напряжении и удерживает его все вре мя записи полярограммы. Период капания, полученный при другом, отличном от начального значения, напр жении будет иметь измененную величи ну. На схему 13 сравнения придет импульс напряжения, по длительности отличный от первоначального. На выходе схемы сравнения появится напряжение пропорциональное разности длительности начального и данного периодов капания,, которое через уси литель 14 мощности заставит вращать . ся вал электродвигателя 15, перемещающий резервуар 17 по штанге на необходимую высоту. Как только дли тельность импульса триггера 10, который преобразует период капания в импульс напряжения, будет равна длительности начального (периода капания) импульса блока 12 памяти, разность на выходе схемы 13 срав,нения будет равна нулю и электродвигатель 15 остановится. фильтр 9 необходим при работе полярографа в переменнотоковом режиме, когда сигнал с усилителя 5 имеет переменную составляющую Тока Для устранения ложных срабатываний триггера 10 сигнал для его уп.равления подается через фильтр переменной составляющей тока. Изобретение позволяет значительно уменьшить зависимость периода капания от величины поляризующего напряжения, в результате умен шаются искажения полярогремм и снижается погрешность измерений. Годовой экономический эффект на расчетный год от выпуска предлагаемого полярографа с капающим электродом составляет 2955200 руб. Формула изобретения Полярограф с капающим электродом, содержащий генератор поляризующих напряжений, первый выход которого подключен через сумматор и первый усилитель мощности с регулятором чувствительности к датчику, который, соединен через усилитель тока датчика и когерентный детектор с самопишущим прибором, подключенным к входу блока автоматики, первый выход которого соединен с генератором поляризующих напряжений, второй выход последнего подключен к когерентному детектору, о тличающийс я тем, что, с целью повышения точности измерений путем уменьшения зависимости периода капания от поляризующего напряжения, дополнительно введены фильтр, триггер, ключ, блок памяти, схема сравнения периодов капания, второй усилитель мощности, задатчик периода капания, электродвигатель, причем выход усилителя тока датчика подключен через фильтр к триггеру, выход которого , соединен через ключ и блок памяти с первым входом схемы сравнения периодов капания, второй вход которой соединен непосредственно с выходом триггера, выход схемы подключен к первому входу второго усилителя мощности, второй вход которого соединен с задатчиком периода кайёния, а выход - с электродвигателем, связанным механически с резервуаром капающего электрода,второй выход блока автоматики подключен к ключу. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Брук B.C. Полярографические методы. М., Энергия, 1972, с.22. 2.Малинина Р.Д. и Салихджанова P.M. Полярограф Ш1Т-1. - Заводская лаборатория, 37, 1971, 9, с. 1154 (прототип).