Полярограф переменного тока

Полярограф переменного тока

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советскик

Социалнстнческнк республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ н>817577

-а

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТИЬЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву (2?) Заявлено 20.12.78 (21) 2699269/18-25 (51)М. Кл З с присоединением заявки МУ (23) Приоритет

6 01 и 27/48

ГосударственныА комнтет

СССР но дмам нзобретеннА н открытнА

Опубликовано 30.0381.Бюллетень М 12

Дата опубликования описания 30,03,81 (53) УДК 543. 253 (088.8) г " -:..

1

Ю.A. Иванов, Е.И. Чубакова,. A.È. Зиновьев и .Е.М. Кулагин т g7A

И

Томский ордена Октябрьской Революции и Ьрдена 1 Рейдового

Красного Знамени политехнический институт им. С.Я. Кирова.3 (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) ПОЛЯРОГРАФ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Изобретение относится к полярографическому анализу и может быть ис для определения ультрамалых концентраций примесей в веществах высокой чистоты„ например, мето.дом инверсионной волтамперометрии.

Широко известны полярографы переменного тока, содержащие генератор сииусоидального напряжения,фазовращатель, генератор линейнр изменяющегося напряжения, потенциостат,ячейку, усилитель низкой частоты, фазовый детектор, фильтр и регистратор.

Принцип работы этих приборов основан на регистрации активной составляющей 15 переменного тока ячейки - сигнала, вызванного электрохимической реакцией определяемой примеси в зависимости от линейно изменяющегося напряжения на ячейке (1) . ю

Однако суммарный ток ячейки содержит большой уровень остаточного токапомехи, который определяется, в основном, током, протекающим через емкость двойного слоя ячейки и может в десятки и сотни раз превышать по амплитуде ток сигнала, препятствуя

его измерению.

Несмотря на высокий уровень помехи, высокая чувствительность этих 39 приборов была достигнута благодаря применению фазовой отсечки емкостного тока с.помощью фазового детектора.

Наиболее полная компенсация емкостного тока достигнута в полярографе с трапециедальной формой переменного напряжения. Применение более совершенных методов компенсации емкостного тока позволило повысить чувствительность полярографов переменного тока и расширить их возможности

12 .

Однако дальнейшему повышению чувствительности этих приборов препятствует активная составляющая остаточного тока ячейки, вызванная, например, растворением ртути и выделением водорода. Эти токи и, особенно, их составляющие, зависящие от потенциала катода, при высоких чувствительностях становятся соизмеримыми с шкалой прибора, затрудняют анализ или делают его невозможным.

Известен полярограф переменного тока, содержащий фазовращатель,усилитель постоянного тока, источник смещения, генераторы линейно изменяющегося и переменного напряжений, подключенные через потенциостат к

817577 аноду ячейки, к катоду которой последовательно присоединены усилитель низкой частоты, фазовый детектор, фильтр и регистратор. Полярограф обладает более высокой чувствительностью и Яолее широкйм диапазоном потенциалов полярографирования за счет компенсации остаточных токов, вызванных токами растворения ртути и выделения водорода (3) .

Однако этот прибор сложен в настройке и-вследствие этого имеет низкую производительность. Кроме того, сложность настройки не позволяет достаточно эффективно компенсировать остаточный ток и, особенно, его дрейфовые составлякщие.

Цель изобретения — повышение чувствительности и производительности прибора, а также расширение диапазона полярографирования.

Поставленная цель достигается тем, что в полярограф перЕменного тока, содержащий фазовращатель, усилитель постоянного тока, источник смещения, генераторы линейно изменяющегося и переменного напряжений, подключенные через потенциостат к аноду ячейки, к катоду которой последовательно присоединены усилитель низкой частоты, фазовый детектор, фильтр и регистратор, дополнительно введены запоминающее устройство и схема управления с коммутирующими элементами, при этом фазовращатель выполнен с управляющим входом, подключенным к выходу запоминающего устройства и через коммутирующий элемент - к источнику смещения и выходу усилителя постоянного тока, вход которого соединен с выходом фильтра, причем коммутирующий элемент связан со схемой управления, подключенной к генератору линейно изменяющегося напряжения.

Управляющий вход фаэовращателя содержит полевой транзистор, включенный последовательно с резисторами фазовращателя.

На ч:зртеже схематически изображен предлагаемый полярограф.

Полярограф содержит генератор 1 линейно изменяющегося напряжения,нагруженный потенциостатом 2 и схемой

3 управления. К потенциост ту присоединены также ячейка 4 и фазовращатель 5, являющийся нагрузкой генератора б синусоидального напряжения.

К катоду ячейки присоединены последовательно усилитель 7 низкой частоты, фазовый детектор 8, фильтр 9 и регистратор 10. Последовательно с резисторами фазовра цателя, в качестве управляемого резистора, включен полевой транзистор 11, затвор которого присоединен к емкостному запоминающему устройству 12, связанному через контакты 13 и 14 коммутирующего элемента с потенциометром 15 смещения и усилителем. 16 постоянного тока, вход которого присоединен к выходу фильтра.

Устройство работает следукщим образом.

Напряжение смещения с потенциомет ра 15, подаваемое на полевой транзистор 11 в исходном состоянии, соответствует среднему значению диапазона изменений величины его сопротивления.

Под воздействием переменного напряжения с генератора 6, подаваемого через фазовращатель 5 и потенциостат

2 на ячейку 4, в цепи его катода возникает переменный суммарный остаточ- . ный ток, содержащий активную и ем > костную„составляющие. Переменный ток ячейки усиливается. и преобразует.ся в переменное напряжение усилителем 7 низкой частоты и подается на фазовый детектор 8. Пульсирующее на20 пряжение с выхода детектора сглаживается фильтром 9 и подается на регистратор 10. 8 общем виде можнО выделить две составляющие регистрируемого напряжения, соответствующего ос25 таточному току )ро=К Ь со 9 "и о со О P ) (1) где К вЂ” коэффициент преобразования детектора и фильтра;

0 „, 0„ — амплитуды переменных нас пряжений на входе фазового детектора, пропорциональные соответственно активной и емкостной составляющим -тока ячейки, Ц> — фазовый угол между вектором опорного напряжения с генератора б и вектором активной составляющей на"

40 прнжения на входе детектора.

При настройке полярографа так же, как и в известных приборах, путем подключения эталонной эквивалентной схемы вместо ячейки,и регулировкой потенциометра фазовращателя 5 добиваются, чтобы фазовый угол (g был минимальным. В этом случае cos((%1„ асоь (90 + ф) О, т.е. активная сос © тавляющая тока ячейки регистрируется без ослабления, а емкостная в десятки раз превышакщая активную, с максимальным ослаблением. При этом, так называемая фоновая линия или линия отсчета на диаграмме регистрато ра, ордината которой пропорциональиа нескомпенсированной части остаточного тока ячейки, имеет И-образную зависимость от потенциала на ячейке.

Резкое возрастание остаточного тока ф) на краях диапазона полярографирования связано, как отмечалось выае,с токами растворения ртути при малых потенциалах катода и выделением водорода при возрастании отрицательнод го потенциала. Чем выше чувствитель817577

0 ccooa(90 -q) 0 ср может складываться или вычитаться иэ активно слагаемой помехи и наконец, в-третьих, < с (33

Omo(4 Uwo

Это позволяет, s принципе, путем небольшого фазового сдвига определенной полярности добиться нулевого значения помехи при некотором потенциале на ячейке и существенно снизить наклон линии отсчета в диапазоне полярографирования.

При работе в диапазоне более отри цательных потенциалов одновременно с запуском линейно изменяющегося напряжения затвор полевого транзистора Г1 с помощью контактов 14 подключается к выходу усилителя 16, замыкая 40 цепь автоматического регулирования фазового угла ц) . При этом напряжение активной помехи 0 после усиР ления усилителем, поступая на затвор транзистора 11, начнет изменять его сопротивление. Изменение величины активного сопротивления. в плече фазовращателя приводит к появлению фазового сдвига (у, полярность которого зависит от того, увеличивается или уменьшается величина сопротивления транзистора 11. Появление фазового сдвига приводит к появлению на выходе фильтра 9 емкостной составляющей помехи 0 . sinó. Схема собрана так, что появляющаяся помеха

0> s in на выходе фильтра 9 всегда направлена встречно активной помехе U „„ cosy.. Поэтому происходит взая имная компенсация составляющих помех на выходе фильтра. Фазовый сдвиг уве- 60 личивается до тех пор, пока не наступит полная взаимная компенсация составляющих помех на выходе фильтра практически до нуля. По мере изменения линейно изменяющегося напряже- 65 ность прибора, тем уже интервал потенциалов полярографирования, определяемый допустимым наклоном линии отсчета.

Трудности, как правило, возникают при определении малых концентраций элементов, расположенных на краях диапазона полярографирования, например Ln, iu, Bi

В предлагаемом полярографе повышение чувствительности и расширение диапазона полярографирования достигается за сче более полной компенсации остаточного тока.. При этом используется то, что, во-первых, ем« костный ток имеет 0-образную зависимость от потенциала, так же как и

° Ф активная составляющая остаточного тока нарастая на границах диапазона полярографирования, во-вторых, емкостная слагаемая ионежи ния происходит автоматическая подст-. ройка фазы, обеспечивающая нуль на выходе фильтра.

При достижении потенциала начала полярографирования с помощью схемы управления размыкаются контакты 1 ., и на время съемки полярограммы запоминающее устройство фиксирует вели" чину и полярность управляющего напряжения на затворе транзистора 11, обеспечивая постоянство величины оптимального фазового сдвига(р на время съемки полярограммы. Установка оптимального фазового сдвига происходит автоматически перед съемкой каждой полярограмьы. При работе при более поЛожительных потенциалах установка оптимальной величины (p про-. исходит после съемки каждой поляроPP ctMMb1 °

Таким образом, предлагаемый полярограф обладает более высокой чувствительностью и точностью .за счет. более низкого уровня помех, достигнутого благодаря применению взаимной компенсации активных и емкостных помех ячейки, величина которых имеет аналогичную зависимость от развертывающего напряжения. Компенсация остаточного тока производится автоматически, что существенно повышает про" изводительность труда.

Указанные преимущества предлагаемого полярографа позволяют более интенсивно внедрять полярографический метод в сферу производства для контроля технологических процесссв и, тем самым, повысить качество выпускаемой продукции и снизить процент брака. Особенно это относится к электронной промышленности,предьявляющей повышенные требования к чистоте используемых материалов и растворов.

Формула изобретения

1. Полярограф переменного тока, содержащий фаэовращатель, усилитель постоянного тока, источник смещения, генераторы линейно изменяющегося и переменного напряжений, подключенные через потенциостат к аноду ячейки, к катоду которой последовательно присоединены усилитель низкой часто ты, фазовый детектор, фильтр и регистратор, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и производительности, в него дополнительно введены запоминаю- щее устройство и схема управления с коммутирующими элементами,- а фазовращатель выполнен с управляющим входом, подключенным к выходу запомииак щего устройства и через коммутирующий элемент - к источнику смещения и выходу усилителя постоянного тока, вход которого соединен с выходом

817577

Составитель S. Куинев

Редактор Е Дичинская Техред И.Келушак Корректор М.Шароши.

Заказ 1336/58 Тираж 907 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 фильтра, причем коммутирующий элемент связан со схемой управления,подключенной к генератору линейно изменяющегося напряжения.

2. Полярограф по п. 1, о т л и— ч а ю щ иой с я тем; что управляющий вход фазовращателя содержит полевой транзистор, включенный последовательно с резисторами фазовращатеЛЯ а

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Цфасман С.Б. Электронные полярографы. Метапургиздат, 1969.

2. Авторское свидетельство СССР

9 390775, кл. G 01 и 27/48, 1971.

3. Авторское. свидетельство СССР

9 480970, кл. G 01 N 27/48, 1975.