Способ определения содержания кислорода

Способ определения содержания кислорода

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (и) 735571

Союз Советских

Социалистических

Республик ( ю 1 1 Ёз (61) Дополнительное к авт. саид-ву (51)М. Кд.2

G 01 N 27/02//

6 01 и 9/02 (22) Заявлено 25;1176 (21) 2422918/18-25 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открыти и (53) УДК 54З,272 (088. 8) Опубликовано 25.05.80. Бюллетень ¹ 19.

Дата опубликования описания 25р58р (72) Авторы изобретения

И,A.Ìÿñíèêîâ и A.Ï.Ñûñîåâà ! (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ КИСЛОРОДА

Иэо(Гретение относится к .способам физико-химического анализа, а именно, к анализу на содержание кислорода. в газах, парах и жидкостях. 5

Иэ вест ен спосо б определения кислорода в газах, основанный на влиянии кислорода на сопротивление нагретых металлических нитей и лент, заключающийся в пропускании через ячейку с разогретой до 600-800 С платиновой нитью или лентой анализируемого газа с добавкой водорода (1), Поддер- живая сопротивление нити постоянной, определяют приток тепловой энергии к нити за счет химической реакции каталитического окисления водорода на нити, по величине которой и судят о количестве кислорода в анализируемом газе„

Известен также способ определения кислорода в газах, оснований на

1 влиянии кислорода на разность потенциалов между электродами, расположен« ными по обе стороны мембраны, изготовленной нэ твердого электролита— окиси циркония, который заключается в том, что чистый гаэ пропускают через две кюветы, разделенные твердйм электролитом и находящиеся при

2 с = 1000 С, затем изменяют между о электродами, мембраны разность потенциалов, по величине которой и судят о содержании кислорода в анализируе» мом газе по сравнению со стандартным газом (газом сравнения) (2).

Эти способы непригодны для определения кислорода в присутствии легко окисляющихся или разлагающихся газов и паров, например паров органических веществ, а также паров воды, что свя-. зано с высокой темйературой чувстви» тельного элемента.

Наиболее .близким техническим рещением к изобретению является способ определения кислорода в газовых и жидких средах, включающий измерение сопротивления окисной полупроводниковой пленки, приводимой в контакт с этой средой (3). Способ состоит в пропускании анализируемой среды че-, рез ячейку с пленкой окиси цинка или двуокиси титана при температуре 300-

1000 С. В присутствии кислорода сойротивление пленки обратимо возрастает и по величине прироста сопротивления судят о концентрации кислорода в анализируемой среде, Этот способ также не пригоден для измерения со735571

-держания кислорода в присутствии па.ров органических веществ и восстановительных газов, так как при "столь высоких температурах окислов металлов (ZnO, Т10 ) имеет местб интенсивное каталитическое превращение, протекающее на этих окислах как на ак тивных катализаторах, что приводит к нарушению работы датчиков и значительному искажению их показаний.

Кроме того, повышенные температуры окисных пленок ускоряют их старение, связанное с рекристаллизацией, а следовательно, уменьшают срок службы датчиков. В связи с необходимостью нагревания и термостатирования датчика его конструкция осложнена.

Целью изобретенйя является упрощение способа за счет устранения нагревания пленки-датчика с сохранением обратимости его показаний и высокой чувствительности при анализе — 2О кислорода в различных средах (газах и жидкостях)., в которых могут содержаться легко окисляющиеся и термически разлагающиеся вещества.

Достигается это тем, что анализ 25 проводится на пленке, йокрытой слоем полярной жидкости;

Поверхность полупроводниковой пленки покрывается слоем полярной жидкости либо путем конденсации в насыщенных парах этой жидкости, либо погружением пленки непосредственно в полярную жидкость. Образующийся на поверхности пленки слой полярной жидкости проявляет фазовые свойства этой жидкости, в частности диэлектрической проницаемости, величина которой в газах и парах близка к единице.

Чем больше величина диэлектричес кой прбницаемости слоя жидкости, по крывающего пленку, тем меньше инер- 4О ционность (меньше время, необходимое для установления равновесия электропроводности пленки), но при

:этом, однако, снижается чувствительность пленки. Путем подбора велйчины диэлектрической постоянной жидкости задайт необходимые значения чувствительности и инерционности чувствительного элемента в отношении кислорода, содержащегося в анализируемой среде. Повышение рабочей температуры чувствительного элемента не желательно, так как это приводит к значительному уменьшению диэлектрической проницаемости поверхностных слоев, жидкости за счет дезориентации дипольных молекул и разрыву водородных связей, обеспечивающих ее высокое значение, например для воды, спиртов, кетонов и др. Кроме того, повышенная температура способствует Щ каталитическому окислению органи-. ческих веществ, а, следовательно, к искажению показаний чувствительного элемента. Преимущество предлагаемого способа заключается в том, что с его помощью анализ на содержание кислорода в различных средах можно проводить в области низких температур (например — комнатная) в диапа-,. зоне концентраций кислорода 10 -1% в прйсутствии или в атмосфере легко окисляющихся или разлагающихся газов и паров, а также в простоте его осу ществления, так как для этого не требуется нагревания датчика, Предла гаемый способ может быть использован также и для измерения содержания кислорода в водных и неводяых растворах солей, нелетучих кислот, оснований и в различных биологических жидкостях:-кровь, сыворотка, плазма и др. Для получения укаэанной информации необходимо измерить предлагаемым способом содержание кислорода в равновкусном с анализируемой жидкостью насыщенном паре, а затем полученный результат умножить на коэффициент распределения Оствальда.

На фиг. 1-3 даны схемы конструктивного оформления ячеек; на фиг. 4— зависимость времени t десорбции кислорода с пленки ZnO от диэлектрической проницаеМости (E) бинарной смеси диоксан-вода; на фиг. 5 и 6 — графики, поясняЮщие предлагаемый способ.

Устройство для определения содержания кислорода предлагаемым способом содержит ячейку 1 с полупроводниковбй планкой 2, на которой закреплены контакты 3. Ячейка может быть снабжена магнитной мешалкой 4 и 5, Сущность. способа поясняется примерами. Пример 1. В ячейку (см.фиг.1) содержащую насыщенные пары этилового спирта или воды при t=22 С в атмосфере .азота, вводят с помощью дозировочного устройства кислород. После установления сопротивления пленки в течение нескольких минут ло постоянного значения по его величине рассчитывают безразмерный параметр (hR/Ro, гдето R=R-Ro, Ro u R — сопротивление.пленки в отсутствии и при-. сутствии кислорода) и откладывают его значения на график против объемной концентрации кислорода СО в билогарифмических координатах. Затем с целью контроля обратимости работы пленки, ячейку .продувают чистым. азотом (в результате чего сопротивле- . ние пленки возвращается к первоначальной величине), а затем вновь вводят другое количество кислорода и т.д.

На фиг. 5 (см. кривая а и б) показаны результаты опытов, проведенных в парах этиЛового спирта и воды. Газноситель — азот. Черные и белые кружки обозначают результаты различных бпытов, сделанных на воспроизводимость.

Объемная концентрация кислорода варьировалась в пределах 10 -10 n6.%, 735571

Пример 2. Опыт проводят также, как описано в примере 1, но с восстановительным газом — водородом.

На фиг. 5 (см.кривые в и г) показаны результаты этих опытов (черные и белые кружки имеют то же значение, 5 что и в примере 1).

Пример 3. Опыт проводят в сосуде (см. фиг. 2) с погруженной в жидкость пленкой ZpO. В качестве жидкости выбраны вода и ряд однотип ных спиртов. Газ-носитель кислорода— ,водород.

Результаты этих опытов показаны на фиг. 6. Кривые д — бутиловый, еметиловый, ж †. этиловый, з — иэопро-. пиловый спирты, и — вода, для которых величинй диэлектрйческой проницаемости- соответственно 12, 34, .?6, 17, 80.

Из приведенных на фиг. 6 данных видно, что для каждой жидкости нужна своя калибровочная кривая, а также, 20 чем меньше диэлектрическая проницаемость жидкости, тем больше чувствительность детектора и больше, как показали специальные опыты, инерцион-. ность установления постоянного значения сопротивления (см. фиг. 4).

Пример 4.. бпыты на воспроизводимость проводят в этиловом спирте с газом-носителем кислорода — азотом.

Разные серии кружков означают различные серии опытов, сделанных в разное время (см. фиг. 6), кривая К) ° Число оборотов мешалки — 60 в мин.

Формула изобретения

Способ определения содержания кислорода в газовых и жидких средах, включающий изке1 ение српротивления окисной полупроводниковой пленки, приводимой в контакт с этой средой, отличающий с я тем, что, с целью упрощения способа за счет устранения нагревания пленки, анализ проводится на плейке, покрытой слоем полярной жидкости.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Павленко В.А. Газоанализаторы.

М., Машиностроение, 1965„

2. Голото И.Д., Докучаев Б. П и Колмогоров Г.Д. Чистота в Производстве полупроводниковых приборов.

М.; Энергия, 1975.

З..Гутман Э.В. и Мясников И.А, Сб.Всесоюзная конференция Состояние и перспективы развития аналитического приборостроения до 1985 r.

М.д 1975, с.112 (прототип).

735571 ФиаХ г гуЕЩ Ф2 /

ПНИ 1ПИ Заказ 2349/17 ирах 1019 Подписное

Ю %си

® Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4