Полярограф
Иллюстрации
Реферат
ПОЛЯРОГРАФ, содержащий блок управления, J;5ИФФepeнциaтop, интегратор, регистратор и последовательно соединенные источник поляризующего напряжения, потенциостат, электрохимическую ячейку, измерительный усилитель, отличающийся тем, что, с целью пошлшения чувствительности и точности измерений, он дополнительно содержит генератор синусоидального напряжения , фазовращатель, фазовый детектор , два фильтра низких частот, управляемый усилитель, вычитающее устройство, регулирующее устройство, полосовой фильтр, причем генератор синусоидального напряжения соединен с входом источника поляризующего напряжения и с последовательно соединенными фазовращателем, фазовым детектором, первым фильтром низких частот, управляемым усилителем, . вычитающим устройством, регистратором , при этом входы регулирующего устройства соединены с блоком управi ления и выходом вычитающего устройства , а выход - с управляющим входом (Л управляемого усилителя, кроме того, выход измерительного усилителя С через полосовой фильтр соединен с вторым входом фазового детектора и через второй фильтр низких частот - с дифференциатором. 00 ел NU Сл
COl03 СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (l91 SU (Ill
3(5П G 0 и 27 48
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (((ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
CO
СО
С Ql.(21) 3442470/18-25 (22) 24.05.82 (46) 23.09.83. Бюл. Р 35 (72) E.M. Кулагин, 10.А. Булатов, С.В. Чертов и Ю.A. Иванов (71) Томский ордена Октябрьской
Революции и ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт им. С.М. Кирова (53) 543.243(088.8) (56) 1. Патент CBJA М 3838032, кл. 204/105, 1974.
2.,Авторское свидетельство СССР
Р 569935, кл. 4 01 и 27/48, 1975 (прототип). (54)(57) ПОЛЯРОГРАФ, содержащий блок управления, дифференциатор, интегратор, регистратор и последовательно соединенные источник поляризующего напряжения, потенциостат, электрохимическую ячейку, измерительный усилитель, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения чувствительности и точности измерений, он дополнительно содержит генератор синусоидального напряжения, фазовращатель, фазовый детектор, два фильтра низких частот, управляемый усилитель, вычитающее устройство, регулирующее устройство, полосовой фильтр, причем генератор синусоидального напряжения соединен с входом источника поляризующего напряжения и с последовательно соединенными фазоврац(ателем, фазовым детектором, первый фильтром низких частот, управляемым усилителем, вычитающим устройством, регистратором, при этом входы регулирующего устройства соединены с блоком управления и выходом вычитающего устрой- Q ства, а выход — с управляющим входом управляемого усилителя, кроме того, выход измерительного усилителя через полосовой фильтр соединен с С вторым входом фазового детектора и через второй фильтр низких час° тот — с дифференциатором.
1043545
Изобретение относится к области полярографичес <ого анализа и может быть применено для определения малых концентраций примесей в веществах высокой чистоты, например методоинверсионной вольтамперометрии. 5
Известно устройство для измерения электрохимических параметров растворов с компенсатором остаточного тока, выполненном на интеграто. ре, ныход которого через резистор !О подключен к входу измерительного усилителя Г17.
Недостаток такого устройства в том, что оно обладает невысокой .чувствительностью и точностью измерений, так как необходима ручная подстройка компенсации остаточного, тока.
Наиболее близким по технической сущности k предлагаемому является полярограф, содержащий блок управле; ния, дифференциатор, интегратор, регистратор и последовательно соединенные источник поляризующего напряжения, потенциостат, электрохимическую ячейку, измерительный усилитель f2), Недостаток известного устройства состоит в том, что компенсирующий . сигнал н таком устройстве представляет собой ряд Тэйлора. Хотя полярограф с таким компенсатором позволяет компенсировать временной и температурный дрейф остаточного тока, чувствительность и точность измерений недостаточны, так как техничес- З5 ки трудно получить производные для компенсирующего сигнала выше второй.
Иелью изобретения является повышение чувствительности и точности измерений. 40
ПОставлеиная цель достигается тем, что в полярограф, содержащий блок управления, дифференциатор, интегратор, регистратор и г(оследовательно соединенные источник поля- 45 риэующего напряжения, потенциостат, электрохимическую ячейку, измерительный усилитель, дополнительно введены генератор синусоидального напряжения, фазовращатель, фазовый детектор, два фильтра низких частот, управляемый усилитель, вычитающее устройство, регулирующее устройство, полосовой фильтр, причем генератор синусоидального напряжения соединен с нходом источника поляризующего
55 напряжения и с последовательно соединенными фаэовращателем, фазовым детектором, первым фильтром низких. частот, управляемым усилителем, вы» читающим устройстном, регистрато- 6О ром, при этом входы регулирующего устройства соединены с блоком управления и выходом вычитающего устройства, а выход — с управляющим нходсхч управляемого усилителя, кроме того, выход измерительного усилителя через полосовой фильтр соединен со вторым входом фазового детектора и через второй фильтр низких частот — с дифференциатором.
На фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2постоянно-токовая полярограмма.
Полярограф содержит источник 1 поляризующего напряжения, потенциостат 2, электрохимическую ячейку
3, измерительный усилитель 4, блбк
5 управления, генератор 6 синусоидального напряжения, фазовращатель
7, фазовый детектор 8, первый фильтр
9 низких частот, управляемый усилитель 10, нычитающее устройство
11, регулирующее устройство 12, второй фильтр 13 низких частот, полосовой фильтр 14, дифференциатор 15
Р интегратор 16, регистратор 17.
Полярограф работает следующим образом.
На злектрохимическую ячейку от генератора б синусоидального напряжения и источника 1 поляриэующего напряжения через потенциостат 2 подается линейно изменяющееся напряжение с наложенным на него синусоидальным напряжением небольшой величины (единицы милливольт ). Протекающий через ячейку 3 ток преобразуется измерительным усилителем 4 в напряжение. Второй фильтр 13 низких частот не пропускает на дифференциатор 15 напряжение с частотой генератора б синусоидального напряжения. Регистрация напряжения на выходе второго фильтра 13 низких частот даст постоянно-токоьую полярограмму. Полосовой фильтр 14 пропускает на фазовый детектор 8 только составляющую напряжения с измерительного усилителя 4 с частотой генератора б синусоидального напряжения, с которого напряжение через фазовращатель 7 подается также на фазовый детектор 8. Регистрация напряжения на выходе первого фильтра 9 низких частот, который подключен к выходу фазового детектора 8, дает переменно-токовую полярограмму.
На фиг. 2 показана постоянно-токовая полярограмма на выходе второго фильтра 13 низких частот
0 =8(0с, ), где 0 „ — напряжение между айодом и катодом ячейки 3, и переменно-токовая полярограмма на выходе первого фильтра 9 низких частот.
Величина сигнала (" пика" ) на пере менном токе больше, приблйэительно, на порядок, но и величина помехи остаточного тока больше также на порядок. На выходе дифференциатора
15 получается производная постоянно-токовой полярограммы - О.! = (() к) (фиг. 2 ). Так как основная гармойй1043545 ка сигнала в несколько десятков раэ больше по частоте, чем основная гармоника помехи, то при взятии производной происходит увеличение отношения сигнал/помеха в десятки раэ, что является преимуществом дифференцйальной (производной ) полярографии. Сигнал прй этом имеет сложную форму. . Производная помехи на постоянном токе имеет форму помехи (активной составляющей } на переменном токе.
Вычитающее устРойство 11 вычитает из производной постоянно-токовой полярограммы с дифференциатора 15 напряжение переменно-токовой поляро- 15 граммы (активную составляющую,) с пер ного фильтра 9 низких частот, которое подается на вычитающее устройство 11 через управляемый усилитель
10. Регулирующее устройство 12 при начале развертки под действием блока 5 управления изменяет и фиксирует коэффициент передачи управляемого усилителя так, что напряжение на выходе вычитающего устройства 11 равно О. Поэтому после фиксации коэффициента передачи управляемого усилителя 10 напряжение на выходе вычитающего устройства 11 определяет. ся в идеальном случае только производной сигнала ("пика" ) на постоянном токе 0<„=f(0«) (фиг. 2 ), так как эта производная значительно больше
"пика", поступающего.с управляемого усилителя 10, Интегратор 16 со сбросом, управляемый блоком 5 управления, интегрирует напряжение с вычитающего устройства 11, восстанавливая этим постоянно-токовый сигнал ("пик"), который регистрируется регистуатором 17, т.е. предлагаемый 40 полярограф является полярографом постоянного тока.
В результате того, что из производной сигнала на постоянном токе . вычитается сигнал на переменном токе, сигнал на выходе немного нес имметрич ен V<> = j (О, к ) (фиг. 2 j, что при аналитическйх измерениях з полярографии несущественно, так как ни амплитуда, ни площадь под
"пиком" не изменяются.
Схематические диаграммы на фиг. 2 представлены для метода инверсионной вольтамперометрии.
Предлагаемый полярограф по сравнению с известным обладает большей чувствительностью и точностью измерений за счет лучшей компенсации по мехи. Это достигается тем, что в известном полярографе помеха устраняется путем вычитания из нее "синтезированного" сигнала в виде ряда
Тейлора с аграничеиным числом членов, в предложенном полярографе из первой производной помехи на постоянном токе вычитается помеха на переменном токе. Особенно заметно его преимущество по снижению трудно компенсируемых составляющих помехи нелинейной и дрейфовой. Кроме того, полярограф позволяет одновременно производить измерение нескольких элементов (в широком диапазоне развертки ) на высокой чувствительности, а известный полярограф, как правило, одного элемента, так как перед "пиком" необходимо фиксировать величину и производные остаточного тока что позволяет "синтезировать" сигнал для уменьшения помехи с большой точностью.(710%)в узком диапазоне развертки.
1043545 . И
ВНИИПИ Заказ 7330/47 Тираж 873 Подписное
Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4