Устройство для измерения электропроводности растворов

Устройство для измерения электропроводности растворов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ИТИЛЬСТВУ

Союз Советскими

Социалистически к

Республик

<">748217 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 190678 (21) 2631528/18-25 (51)М. Кл. с присоединением заявки №

G 01 N 27/02

Государственный комитет

СССР оо делам изобретений... и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 15,07.80. бюллетень ¹ 26

Дата опубликования описания 180780. (53) УДК 543. 257 (088.8) (72) Авторы изобретения

И.Г. Щигорев, Н.A. Гехоренко и Б.В. Тимофеев (71) Заявитель (54) УСТРОИСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ РАСТВОРОВ

Изобретение относится к электро.химическим методам анализа, в частности к устройствам для измерения электропроводности растворов и может быть использовано в научно-исследовательских и заводских лабораториях, в химической промышленности, где технологический процесс контроля качества электролитов автоматизирован, в 1р частности в технологии изготовления: ртутных электрохимических преобразователей.

Известно устройство для измерения электропроводности растворов, содер- 15 жащее стеклянную трубку с расширениями на концах, в которых размещены измерительные платиновые платинированные электроды (13.

Недостатком известного устройства 2О является большой расход исследуемого электролита, отсутствие полного перекрытия измерительными электродами исследуемого объема раствора, что приводит к дисперсии электропроводности 2 .и невозможности прямого измерения по.:стоянной ячейки, неприменимость устройства для изучения фазовых перехо- дов из-за невысокой чувствительности электропроводности к фазовым переходам и неравномерности охлаждения или нагревания больших объемов раствора.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является устройство для измерения электропроводности растворов, содержащее стеклянную ячейку, в которой расположены два жидких ртутных электрода, контактирующих с впаянными в стенки ячейки токоотводами и электрическую измерительную схему (21.

Измерительная ячейка представляет собой две плоскодонные колбы, соединенные,между собой трубкой, на дно которых помещены ртутные измеритель-. ные электроды, имеющие равные поверхности. Электрическая измерительная схема включает в себя измерительную ячейку, источник питания и градуировочные (балластные) сопротивления.

Недостатком устройства является сложность конструкции, большой расход исследуемого электролита, а также невысокая чувствительность электропроводности к фазовым переходам, обусловленная сложностью конструкции и неравномерностью распределения температуры по всему объему исследуемо748217

l го раствора в процессе охлаждения (или нагревания) устройства.

Цель изобретения — упрощение конструкции, уменьшение расхода исследуемого раствора и повышение чувствительности при изучении фазовых переходов в растворах.

Для этого ячейка выполнена в виде Ч-образной трубки с перегородкой, имеющей в центре капиллярное отверстие и разделяющей объем ячейки на два отсека, в которых расположены измерительные электроды, перекрывающие капиллярное отверстие, причем отношение толщины перегороцки к диаметру капиллярного отверстия находится в пределах

1,0 ) 0,2

Г где 8 — толщи н а пе ре го род к и;

d — диаметр капиллярного отверстия.

На фиг. 1 изображено устройство, общий вид; на фиг. 2 — электротехническая схема, на фиг. 3 — кривая зависимости сопротивления от температуры. Устройство состоит из Ч-образной трубки 1 с впаянной перегородкой

2, толщиной 8 = 0,03 см, имеющей в центре капиллярное отверстие d< =

0,03 см (заполненное исследуемым раствором) и разделяющей Ч-образную трубку на два отсека, в которых размещены ртутные электроды 3, контактирующие с впаянными в стенки ячейки платиновыми токоотвод ми 4.

При подготовке устройства для измерений капиллярное отверстие в перегородке заполняется с помощью микро-. пипетки исследуемым раствором, который втягивается в капилляр под действием. капиллярных сил. Затем в отсеки ячейки помещается ртуть, которая плотно прилегает к стенкам перегородки, вытесняет избыток электролита на поверхность 5 и полностью перекрывает раствор в капиллярном отверстии, образуя ртутно-капиллнрную электрохимическую микроячейку объемом 10

10 см .

Диаметр капиллярного отверстия в перегородке должен находиться в пределах 0,2 d -0,4 мм, При d 0,4 мм ртуть проникает в капилляр, вытесняет раствор и замыкает измерительные электроды. При

d > О, 2 воз никают трудности, связ анные с изготовлением капиллярного отверстия и эксплуатацией ячейки (затрудняется очистка и заполнение ячейки жидкостью, смена исследуемой жидкости, перемешивание при низких тем-. пературах), возрастает влияние внешних факторов на результаты измерений: степени. чистоты раствора и ртути, сил гравитации и механических воздействий.

Соотношение размеров параметров капиллярного отверстия должно нахо.диться в пределах 1,0 r — > 0,2, где е

Я- толщина стенки перегородки (расстояние между электродами), d — диаметр капиллярного отверстия. При

> 1 не обеспечивается перекрывание конвективных потоков, вызываемых тангенциальным движением поверхностных слоев ртути, и, следовательно, не достигаются оптимальные условия пере(Я мешивания раствора. При 0,2 ячейка оказывается неустойчивой к .механическим и гравитационным воздействиям, наблюдается перетекание ртути и замыкание электродов.

Ввиду идеально гладкой поверхности ртутных электродов и постоянства значения величины площади их поверхности поправка на влияния двойного слоя (при измерении электропроводности) может быть определена расчетным путем с использованием данных по изучению емкости двойного слоя на ртути.

На фиг. 2 показана электротехническая схема, обеспечивающая автоматиза25 цию процесса измерений электропроводности и температуры фазовых переходов в растворе.

Схема состоит из предлагаемого устройства 1, помещенного в теплоизо ЗО ляционную камеру 2, содержащую источник энергии (на схеме не показан), позволяющий установить заданную ско-. рость охлаждения или нагревания ячей- . ки, и измерительный спай дефференци35 альной термопары (хромель-никелевая)

3. Второй (нулевой) спай термопары 4 помещен в сосуд со льдом 5 (О С ).

Ветви термопары через усилитель(И-37) постоянного тока б и переключатель полюсов 7 соединены с координатой Х двухкоординатного самописца (ПДС-021 М) 8. Последовательно измерительной ячейке подключен источник переменного напряжения (генератор

Tesla ВМ-344) 9 и высокоомное бал45 ластное сопротивление, (120 ком) 10.

Параллельно измерительной ячейке включен микровольтметр ВЗ-40, выход которого подключен к координате у двухкоординатного самописца 8.

50 Измерения осуществляют следующим образом.

С помощью генератора BM-344 на ячейку подается стабилизированный переменный ток частотой 10 кгц и амп55 литудой 5 мкА. С помощью источника энергии устанавливается заданная скорость охлаждения ячейки 5 град/мин.

На двухкоординатном самописце

ПДС-021И . регистрируется кривая зависимости сопротивления микроячейки от температуры.

"9.:

На фиг. 3 показана кривая зависимости сопротивления,микроячейки от температуры, полученная для электроу5 лита состава 4,75 и К1 (показан учас748217 ток кривой в интервале температур (-15)- (-25) С

При понижении температуры сопротивление микроячейки повышается, что обусловлено понижением электропровод-. ности раствора. При температуре tq 5 (в момент выпадения первых кристаллов) наклон кривой резко изменяется, т.е. скорость изменения сопротивления раствора с температурой возрастает, что вызвано двумя факторами: понижением концентрации раствора и блокированием электродов выпадающими кристаллами (перекрывание капил.— ляра кристаллами).

При температуре t сопротивление ячейки резко возрастает (вертикальный участок кривой), что обусловлено полным замерзанием раствора (точка эвтектики).и разрывом электрической цепи.

Таким образом изломы на кривой зависимости сопротивления раствора от 20 температуры соответствуют температурам начала фазовых переходов. При снятии обратной кривой (кривой нагревания) наблюдается гистерезис, связанный с явлением переохлаждения 25 раствора. Сопоставление кривых позволяет установить влияние переохлаждения раствора на его электропроводность, температуру переохлаждения раствора и построить диаграмму раст- 30 воримости.

В отличии от известных методов термического анализа изучение фазовых переходов с помощью предлагаемого устройства основано на регистрации 35 изменения электрических свойств раствора при появлении новой фазы и возможности непосредственного электрического считывания информации, что позволяет легко автоматизировать про-40 цесс изучения фазовых переходов. Благодаря наличию микроколичества исследуемого раствора исключается неравномерность распределения температуры в ячейке и связанная с этим ошибка 45 измерений. Чувствительность электропроводности при фазовых переходах повышается на порядок.

Выполнение устройства для измерения электропроводности растворов в виде V-образной трубки с перегородкой, имеющей капиллярное отверстие, позволяет упростить конструкцию, уменьшить расход исследуемого раствора в 10 раз, что важно при исследовании микроколичеств растворов, редких или драгоценных элементов, расширить функциональные возможности устройства (применение предложения в термографических исследованиях), снизить трудоемкость процесса измерений электропроводности.

Фбрмула изобретения устройство для измерения электропроводности растворов, содержащее стеклянную ячейку, в которой расположены два жидких ртутных измерительных электрода, контактирующих с впаянными в стенки ячейки токоотводами, и элекрическую измерительную схему, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения чувствительности и уменьшения расхода исследуемого раствора, ячейка выполнена в виде

Ч-образной трубки с перегорбдкой, в центре которой выполнено капиллярное отверстие, разделяющей объем ячейки на два отсека, в которых расположены измерительные электроды, перекрывающие капиллярное отверстие, причем отношение толщины перегородки к диаметру капиллярного отверстия находится в пределах: . 1,07 70,2, где E — толщина перегородки;

d — диаметр капиллярного отверстия.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

I. Лопатин Б.А. Кондуктометрия.

Сибирское отд. AH СССР. Новосибирск, 1964, с. 117, рис. 1б.

2. Лопатин Б.A. Кондуктометрия.

Сибирское отд.AH СССР. Новосибирск, 1964, с. 159, рис. 88 (прототип) .

1 l

748217 фиа2

А.(ом) "Заказ 4351/10

Тираж 1019 Подписное

ЦНИИПИ Госуцарственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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

ФиаЗ

Составитель А, Платова

Рею(актор Н . Горват Техред И. Петко Корректор В. Синицкая