Электролитическая ячейка для куло-нометрии c регулируемым потенциалом

Электролитическая ячейка для куло-нометрии c регулируемым потенциалом

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ (11842548 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (51) М. Кл з (22) Заявлено 22„0879 (21) 2810965/18-25

126142 с присоединением заявки Hо

G 01 tl 27/42

Государственный комитет

СССР о делам изобретений н открытий (23) Приоритет

Опубликовано 30.06,81, Бюллетень М 24

Дата опубликования описания 300681 (53) УДК 54З.257 (088. 8) (72) Автор изобретения

И. Г. Сентюрин

Ордена Ленина институт геохимии и .аналитической химии им. В.И.Вернадского AH СССР (71) Заявитель (54) ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКАЯ ЯЧЕЙКА ДЛЯ КУЛОНОИЕТРИИ

С РЕГУЛИРУЕИЫИ ПОТЕНЦИАЛОИ

Изобретение относится к электрохимической технике и может быть использовано для проведения количественного анализа вещества в растворах методом кулонометрии с регулируемым (контролируемым)потенциалом в заводских и научно-исследовательских лабор ат ориях.

Для проведения кулоноглетрических изглерений с регулируегыгл потенциалом используют кулонометры, которые содержат трехэлектродную злектролитическую ячейку с диафрагмой и устройством для переменгивания, потенциостат и интег,ратор тока, согласованные между со- 1з бой (1) .

Одним из центральных узлов известных электролитических ячеек, является пористая диафрагма, которая предохраняет анализируемый раствор в отделе» 20 нии рабочего электрода от переиешивания с электролитом в отделении вспомогательного электрода. Это необходимо для того, чтобы продукты электролиза, образующиеся на вспомогатель- >5 ном электроде, не влияли на ход электролиза в рабочем отделении. В то же время диафрагма должна обладать высокой ионной электропроводностью, чтобы обеспечить прохождение через нее 30 достаточно высокого электролнз його-тока (до,1 A и более). Для. уменьшения перетекания через диафрагму электролита и увеличения ее электропроводности последнюю пропитывают обычно. гелем кремниевой кислоты (сил ик а гелем) °

Недостатком указанных ячеек является наличие существенной диффузии определяемых ионов из анализируемого раствора в поры диафраггы, вследствие чего HQHbI выбывают из сферы злектрохимической реакции, а погреаность анализа не может быть нике

0,1-0, ЗЪ. Ионообменные мембраны по сравнению с пористыми не обладают для этих цепей достаточной электропроводностью и химической инертностью.

Наиболее близкой к предлагаемой является ячейка, в которой рабочий электрод отделен от вспомогательного двумя пористыми диафрагмами (Ч) . Диафрагмы подвергаются частичной пропитки силикагелем так, чтобы остаточный поток электролита иэ промежуточ" ного отделения ячейки в рабочее был достаточен для выноса из диафрагьва диффундирующих и электромигрирующих ионов анализнруемого вещества обрат«

842548 ко в рарочее отделение. С помощью указанного устройства ячейки удается снизить потери анализируемого вещества за нремя электролиза до уровня

0,01-0,02% t 2) .

Нежелательным в данной конструкции ячейки является большой расход проьывочного электролита, что не позволяет проводить электролиэ одной ,пробы раствора много раз, последовательно восстанавливая и окисляя вещество, для получения надежно сходящихся результатов измерения, и остакщиеся потери за счет разбрызгивания раствора во время его деаэраЦиие

Цель изобретения - повьыение сохранности вещества в рабочем отделении электралитической ячейки и в результате этого повиаенке общей точности анализа при полном использовании достигнутой точности электронной аппаратуры кулонометра.

Указанная цель достигается тем, что в известной электролитической ячейке, содержащей три электрода (рабочий, вспомогательный и электрод сравнения), устройство для перемешивания раствора в рабочем отделении, и дне диафрагмы между рабочими и вспомогательными элЕктродами, последние выполняются из изоляционного материала, например, стекстекла в виде соединенных между собой шаровидных частиц равного размера диаметром не более 25 мкм, а часть рабочего электрода расположена над раствором, образуя экран брыэгоуловителя.

Поверхности диафрагм выполнены полированными и плоскопараллельными.

Кроме того, часть рабочего электрода расположена над раствором, образуя экран брызгоуловителя. дкафрагма с Регулярной структурой обладают малым захватом анализируемого раствора при прсыывке кз-эа отсутствия тупиковых пор в структуре, малой адсорбцией вещества вследствие минимальной поверхности частиц шаровидной форьы по сравнению с другой формой, к в результате требуют пропускания иинймального объема промавочного электролита для возврата ьягрирукщих ионов обратно в анализируемай раствор. Кроме того, такие диафрагма обладают максимальной элект

Ропровадностью в растворах .электролктов и ее равномерностью по объему.

- Это устраняет точечныв вскипанкя при прохождении большого импульса начального тока, которые бывают в обычных диафрагмах из-за неравномерной их пористостк. Общая электропроводиость дкафрагм почти нв зависит or размеров шаровых частиц благодаря посто яистну отнсыения суммарного сечения пор к поверхности диафрагма.

Диафрагма имеют стабильную скорость фильтрации, которая зависит от размера частиц. Для устранения коннективного движения растнора в диафрагме, происходящего под воздействием ин5 тенсивного движения жидкости н рабочем объеме, увеличивающего захват анализируемого вещества, диаметр частиц в диафрагме не должен превышать

20-25 мкм.

Для устранения операции заполнения пор диафрагм силикагелем, дающей плохо воспроизводимую результирующую скорость фильтрации, увеличивающуюся затем в процессе эксплуатации ячейки эа счет его растворения, диафрагма изготавливают из частиц с диаметром не более 4-525 мк л.

Для уменьшения объема промавочного электролиза.за время одного электролиза диафрагмы изготавливают с поли20 рованными плоскопараллельными поверх- ностями

При перемешинании и деаэрации анализируемого раствора с помощью 5ар6отирования в нем инертного газа может происходить разбрызгивание на стенки ячейки и унос его в виде аэрозоля.

Чтобы предотвратить эти потери, часть рабочего электрода выступает из раствора в виде крышки-экрана, которая смочена этим же раствором и электрически соединена с рабочим электродом.

Брызги раствора оседают на этом экране и продолжают участвовать н процессе, электролиза.

На чертеже представлено предлагаемое устройство.

Электралитическая ячейка изготовлена из стекла и имеет четыре отделения. Промежуточное отделение 1 соединено посредством впаянных пористых

40 диафрагм 2 и 3 с отделениями для рабочего 4 и вспомогательного 5 электродов и имеет емкость 6 запаса промывочного раствора. Отделение для электрода 7 сравнения соединено с рабочим

4 отделением с помощью электропитического ключа 8, выполненного н виде впаянного асбестового волокна. Рабочий 4 к вспомогательный 5 электроды, изготовленные из мелкой платиновой

®0 сетки большой площади (около 100 см ) помещена в свои отделения (объемом около 20 мл) и сверху имеют электри- „ ческие. выводы 9, проходящие через пробки. В качестве электрода 7 сраннения использован стандартный хлорсеребряшай электрод. Рабочий электрод имеет сверху колпачек 10 кз платиновой сетки, электрически соединенный с самим электродом. Отделения ячейки имеют сверху выводы 11 и вво,щ ды 12 для пропускания инертного газа, а рабочее отделение содержит на дне магнитную мешалку 13 .

ДиаФрагма изготовлены из шариков стекла равного. размера в виде плоскопараллельных дисков. Диафрагма гото842548

Формула изобретения ля., с. 24 213. вят из стекла той же марки, что и корпус ячейки, методом спекания шарикового порошка, уплбтненного в формах, при соответствующей температуре.

После спекания дискам придается заданная Форма и производится полировка.

На диафрагмах с размером частиц

5 мкм можно отказаться от использования операции пропитки диафрагм селикагелем.

Ячейка работает следующим образом. 1О

Заливают в отделения ячейки раствор чистого электролита. В рабочее отделение помещают пробу анализируемого раствора (1-2 мл) и, обмывая стенки этого отделения, доливают раствор электролита так, чтобы покрыть полностью рабочий электрод 4 раствором, оставив выступакщим его колпачек 10.

Электролит служит для повышения электропроводности раствора, а также для того, чтобы перенос тока в ячейке 20 осуществлялся преимущественно ионами электролита, которые не участвуют в электрохимической реакции на поверхности рабочего электрода. Включают перемешивание и продувку ячейки инерт-25 ным газом, который служит для удаления кислорода из ячейки и растворов (как мешакщего окислителя). По окончании продувки включают ток, и начинает идти электролиз при каком-либо заданном и автоматически регулируе30 мом потенциале. По мере прохождения электролиза электрический ток через ячейку падает от максимального значения вначале (до 1 A) до остаточного в конце (5-25 MKA) . По достижении остаточного тока (через 5-1% мин) электролиз останавливают и производят отсчет с помощью генератора тока, Измеренное количество электричества (в кулонах ) эквивалентно ко- 40 личеству определяемого вещества по закону Фарадея.

По ходу электролиза из промежуточного отделения 1 в рабочее (и вспомогательное) медленно под действием 45 перепада давлений жидкости перетекает электролит, который вытесняет захваченные рабочей диафрагмой 2 диффундирукщие и электромигрирующие в нее ионы определяемого вещества обратно. Диафрагмы 2 и 3, выполненные из шариков (регулярные), позволяют сократить объем перетекающего промывочного электролита до минимума (0,54. мл за один электролиз) и провести электролиз несколько раз, чередуя окисление и восстановление. Совпадение результатов повторных измерений свидетельствует об отсутствии электромиграции и диффузии определяемого вещества в диафрагму. 60

Заполнение диафрагм 2 и 3 силикагелем производится при необходимости в процессе подготовки ячейки к работе и выполняется лишь со стороны проме- °

I жуточного отделения 1 для того, чтобы не исказить структуру поверхности диафрагмы 2, обращенную в сторону анализируемого раствора.

Сетчатый колпачок 10 рабочего электрода 4 во время работы покрыт пленкой раствора, которая имеет электролитический контакт с основным раствором. Вследствие этого оседакщие на него капли также подвергаются электролизу, а не покидают сферу электрохимической реакции.

Испытания -предлагаемой ячейки показывают, что в ней в одной и той же пробе анализируемого раствора можно провести определение 5-7 раз, т ° е.. удержать анализируемое вещество без ,потерь в течение 1-1,5 ч без существенного увеличения объема раствора в рабочем отделении, при котором может нарушиться ход электролиза. Общая вопроизводимость измерения количества электричества при этом составляет

0,004-0,006%, что существенно выше, чем с ячейками прототипа. Испытания проводят на растворе ионов меди в

1н. НС1.и растворах ионов железа в 1 н. HNO5 на основе которых разработаны соответствукщие методики определения этих и других элементов.

1. Электролитическая ячейка для кулонометрии с регулируемым потенциалом, содержащая три электрода, две диафрагмы между рабочим и вспомогательными отделениями ячейки и устройство для перемешивания, о т л и ч аю щ а я с я тем, что, с целью повышения точности анализа, диафрагмы выполнены из изоляционного материала, например стекла, в виде соединенных между собой шаровидных частиц равного размера диаметром не более 25 мкм, а часть рабочего электрода расголожена над раствором, образуя экран брыэгоуловителя.

2. Ячейка по п.1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, поверхности диаррагм выполнены полированными и плоскопараллельными.

3. Ячейка по пп. 1 и 2, о т л ич а ю щ а я с я тем, что часть рабочего электрода расположена над раствором, образуя экран брыэгоуловитеИсточники информации принятые во внимание при эксйертизв

1. Речниц Р.A. Электроанализ при контролируемом потенциале. Л., 1967, 2. Сентюрин И.Г. и др. Прецизионная установка для кулонометрического анализа с регулируемым потенциалом, МАХ 1975, т. 30, Р 1, с. 53-57.

342548

Составитель И, Ро1аль

Техред С.Мигунова (орректор Е,Рококо

Редактор Т.Портная

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

9аказ 5069/47 Тираж 907 Подписное

ВНИИПИ Государствекного комитета СССР по делам изобретений и.открытий

113035, Иосква, Е-35, Раушская наб., д. 4/5