Импульсный автоматический полярограф

Импульсный автоматический полярограф

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Рвсп бпмк

О П И С А Н И Е ()972381

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ф (а

Ф у ,Ф (6l ) Дополнительное к авт. свнд-ву (22) Заявлено 05.01.79 (21) 2708598/18-25 (51)M. Кл.

С 01М 27/48 с присоединением заявки Лв

Гоеударетвсииый комитет

СССР (23) Приоритет по делам изобретений и открытий

Опубликовано 07.11.82. Бюллетень № 41

Дата опубликования описания 07.11.82 (53) УДК 543. .253 (088.8) э1

Л. С. Зарецкий, О. В. Шепелева, H. В. Паков и О. Г. Биноградоь, i

1 t

Северо-Кавказский филиал Всесоюзного научно-исследовательско% и конструкторского института ((ветметавтоматика" (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) ИМПУ1lbCHbIA АВТОМАТИЧЕСКИЙ ПОЛЯРОГРАФ

Изобретение относится к физико-химическим исследованиям и предназначено для измерения концентрации растворенных вешеств в технологических растворах, сточных и оборотных водах.

Известны полярографы для определения концентрации вешеств при наложении на полярографическую ячейку постоянного и импульсного напряжений, позволяюшие . получать дифференциально-импульсные и импульсно-классические полярограммы.

Один из известных полярографов: содержит полярографический датчик, источник поляризуюших напряжений, преобразователь тока датчика в напряжение, интегратор (1 )

В данном полярографе недостаточно компенсируется остаточный ток, что не позволяет применять его для определения вешесчв с малой концентрацией.

Наиболее близким по техническому решению к предлагаемому является импульсный автоматический полярограф, содержаший источник поляризуюших на2, пряжений, подключвнный к первому электроду полярографического датчика, второй и третий электроды которого соединены соответственно с компенсатором падения напряжения в растворе и входом преобразователя ток-напряжение, первый и второй ключи, входы которых объединены, а выходы подключены через первое и второе заломинаюшие устройства к входам первого сумматора, третий ключ, выход которого через третье запоминаюшее устройство соединен с выходным сумматором, четвертый и пятый ключи, подключенные к входам интегратора, устройство программированного управления полярографом, подключенное к ключам, датчику и источнику поляризуюших напряжений (21 .

Недостатком известного полярографа

20 является узкий динамический диапазон по полезному сигналу запоминаюшего устройства постоянной и диффузионной составляюших тока ячейки, отсутствие

3 97238 устройств автоматической компенсации дрейфа нулевого уровня усилителей и начального уровня полярограммы, что ограничивает область применения анализатора, особенно при определении микропримесей в присутствии высоких концентраций веществ, восстанавливающихся (окисляюшихся) совместно с определяемым элементом. Например, при определении ионов цинка в сточных водах на уровне рыбохозяйственных норм (ниже

0,1 мг/л) в присутствии кислорода, свинца, меди, кадмия остаточный ток, образованный при восстановлении этих элементов, на несколько порядков выше тока, образованного ионами цинка, Так какчерез преобразователь проходит суммарный сигнал, то преобразователь и запоминающее устройство будут в основном загружены неполезным сигналом, что ограничивает возможность повьппения чувствительности полярографа.

В аналитической практике остаточный ток снижают, отделяя определяемый компонент от сопутствующих примесей экстракцией, комплексообразованием. Все эти операции требуют применения, особенно при автоматическом контроле, сложного оборудования.

Иель изобретения — расширение динамического диалазона о полезному сигналу и повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в импульсный автоматический полярограф, содержащий источник поляризую35 ших напряжений, подключенный к первому электроду полярографического датчика, второй и третий электроды которого соединены соответственно с компенсатором падения напряжения в растворе, также

4О соединенным с источником тока и входом преобразователя ток-напряжение, первый и второй ключи, входы которых объединены, а выходы подключены через первое и второе запоминающие устройства к входам первого сумматора, третий ключ, 45 выход которого через третье запоминающее устройство соединен с выходным сумматором, четвертый и пятый ключи, подключенные к .входам интеграторе., устройство программированного управления полярографом, подключенное к ключам, датчику и источнику поляризующих налряжений, дополнительно введены второй и треуий сумматоры, четвертое и пятое запоминающие устройстве, шестой и седьмой ключи, при этом выход преобразователя ток-напряжение соединен с первым входом второго сумматора и

1 4 через шестой ключ и четвертое запоминающее устройство с вторым входом второго сумматора, выход которого подключен к входу первого ключа, выход первого сумматора соединен с первым входом третьего сумматора и через седьмой ключ и пятое запоминающее устройство с вторым входом третьего сумматора, выход которого соединен с входом четвертого ключа, выход интегратора подключен к входу третьего клйча.

На фиг. 1 изображена структурная схема импульсного автоматического полярографа;на фиг. 2 — временные диаграммы устройств программирования (УП1) режимов работы импульсного автоматического полярографа датчика; на фиг. 3 — временные диаграммы устройства программирования (УП2) режимов работы импульсного автоматического полярографа; на фиг. 4 — формы напряжения на выходе блока поляризующих напряжений (a ), преобразователя тока в напряжение (Б ), второго сумматора (S )), первого сумматора (Ъ ); на фиг. 5— форма полярограммы цинка в сточных водах на фоне 0,5 М СН5СООМН (концентрация ионов цинка 0,02 мг/л) на выходе первого сумматора (ct ), на выходе третьего сумматора (Ь ).

Автоматический полярограф содержит источник 1 поляризующих напряжений, позволяющий задавать начальное напряжение, импульсное напряжение, линейно измеряющееся постоянное или импульсное напряжение, компенсатор 2 падения напряжения на растворе, полярографический датчик 3 с программируемым режимом работы, преобразователь 4 тока в напряжение, второй суммат р 5, шестой ключ 6, четвертое запоминающее устройство 7, первый и второй ключи 8 и 9, первое и второе запоминающие устройства 10 и 11, первый сумматор 12, третий сумматор 13, седьмой ключ 14, пятое инвертируюшее запоминающее устройство 15, выходной сумматор 16, четвертый ключ 17, интегратор 18, третий ключ 19, третье запоминающее устройство 20, пятый ключ 21 сброса интегратора, устройства 22 (УП1) и 23 (УП2) программирования.

Полярограф работает следующим образом, Электроды полярографического датчика

3, вспомогательный, рабочий и сравнения (фиг. 1), подключены соответственно к выходу блока 1 поляриэуюших на5 972381 6 пряжений, входу преобразователя 4 тока и входу компенсатора 2.

Удаление отработанной стационарной капли производится по команде а (устройство программирования УП1 22), по команде о производится рост новой капли.

Начальное напряжение 0 с,ч и напряжение, при котором производится электрохимическое концентрирование вещества, щ задаются источником 1 поляризуюших напряжений по программе 6 . Одновременно программа 6 включает вибратор датчика 3 для перемешивания раствора в электрохимической ячейке. 1S

После завершения процесса концентрирования вещества включается программа

, происходит успокоение процессов, затем включается программа d, одновременно с которой запускается УП2 23. делитель- 2 ность работы УП2 определяется суммой времени работы программ д и е (УП1 22).

По команде программы з срабатывает ключ 6, соединяющий на время (20 мс) выход преобразователя с инвертируюшим входом запоминаюшего устройства 7, запоминаюшего уровень выходного напряжения преобразователя тока перед подачей импульсного напряжения. На сумматор 5 поступает текущее значение напряжения . З преобразователя 4 тока и напряжение с выхода запоминающего устройства 7.

Таким образом, выходное напряжение сумматора 5 перед подачей импульсного напряжения будет близко к нулю, хотя

3S на выходе преобразователя 4 тока напряжение может изменяться в широких пределах.

По окончании программы запускается программа и, формируюшая в блоке поляризуюших напряжений однополярные импулвсы длительностью 60-100 мс.

Программами запускает программу е, включаюшую генератор 1 развертки поляризуюшего напряжения. Время развертки регулируется длительностью программы е в пределах 0-300 с.

Форма напряжения на рабочем электроде датчика в дифференциально-импульсном режиме приведена на фиг. 4а, форма диффузионного тока на выходе преобразователя 4 ток-напряжение — HB фиг. 45.

На фиг. 46 приведена форма напряжения на выходе сумматора 5, с выхода котороSS

ro напряжение через ключ 8подается на инвертируюший вход запоминаюшего устройства 10 и через ключ 9 на неинвертируюший вход запоминающего устройства

11. Ключи 8 и 9 срабатывают соответственно по программе З и л

Программа л залускается по окончанн>. программы к, являющейся задержкой для программы л . Время задержки зависит от времени затухания емкэстного тока и регулируется в пределах 580 мс. Запоминающие устройства 10 и

11 и сумматор 12 позволяют автоматически компенсировать остаточные напряжения и дрейф нулевого уровня сумматора 5 и выделить импульсную составляюшую диффузионного тока.

На фиг. 5 приведены дифференциально-импульсные полярограммы цинка в сточных водах на фоне 0,5 N CH>COO (содержание ионов цинка 0,02 мг/л).

Такой вид полярограммы получается на выходе сумматора 12. Несмотря на меры, принятые для автоматической компенсации постоянной и емкостной составляюших тока датчика, уровень импульсной составляюшей U> и, как правило, во много раз превышает уровень полезного сигнала, что вызвано восстановлением или окислением сопутствующих примесей при потенциале восстановления (окисления) определяемого элемента.

Автоматическая компенсация этого уровня достигается введением в схему запоминающего устройства 15 и сумматора 13. Программа 3 одновременно с пуском устройства 23 программирования подает команду на ключ 14, соединяюший выход сумматора 12 с инвертируюшим входом заломи»аюшего устройства

15, которое запоми»ает U» (фиг. 5о), затем программой Е включается развертка поляризуюшего напряжения в блоке 1, На вход сумматора 13 поступает текушее значение напряжения сумматора 12 и напряжения с выхода запоминающего устройства 15.

B режиме интегрирования выходное напряжение третьего сумматора через ключ 17, управляемый программой е, подается на вход интегратора 18, после завершения прогрраммы Е, .замыкается ключ 17 и производится остановка генератора развертки полярпзуюшего напряжения. Программа к включает ключ 19, соединяющий выход интегр".тора с»еинвертируюшим входом заломи»аюшего устройства 20, выход которого соединен с входом сумматора 16, выходное напряжение которого подается»а регистрируюшие приборы и регуляторы. Выходное напряжение сумматора 16 в режиме интегрирования пропер»»о» ль»о плошади, 7 9723 ограниченной полярографической кривой, и, соответственно, концентрации определяемого элемента. Командой программы а ключ 21 устанавливает. выходное напряжение интегратора 18 на нуль. Для регистрации полярографических кривых напряжение с сумматора 13 поступает непосредственно на выходной сумматор 16, Использование сумматоров с запоминающими устройствами для автомати- 30 ческой компенсации остаточного напряжения, дрейфа, нулевого уровня преобразователя позволяет многократно расширить динамический диапазон преобразователя тока и повысить точность измерения. 1$

Применение сумматора с блоком памяти для автоматического вычитания начального уровня полярограммы обеспечивает расширение динамического диапазона выходного сумматора и интеграто- 20 ра; повышается точность интегрирования.

В результате предлагаемый импульсный автоматический полярограф может применяться в качестве датчика концентрации токсичных веществ в сточных, оборотных 2$ водах и технологических растворах. Чувствительность полярографа в непрерывном автоматическом режиме работы удовлетворяет требованиям, предъявляемым к анализаторам для контроля ионов, цинка, З0 свинца и меди на уровне рыбохозяйственных норм непосредственно в сточных водах после процессов водоочистки, в реках и других открытых водоемах, а также для автоматического контроля технологи- $$ ческих процессов.

81 падения напряжения в растворе, соединенным с источником тока и входом пре/ образователя ток-напряжение, первый и второй ключи, входы которых объединены, а выходы подключены соответственно через первое и второе запоминающее устройства к входам первого сумматора, третий ключ, выход которого через третье запоминающее устройство соединен с выходным сумматором, четвертый и пятый ключи, подключенные к входам интегратора, устройство программированного управления полярографом, подключенное к ключам, датчику и источнику поляризующих напряжений, о т л и ч а юш и и с я тем, что, с целью расширения динамического диапазона и повышения точности измерения, в него дополнительно введены второй и третий сумматоры, четвертое и пятое запоминающее устройства, шестой и седьмой ключи, при этом выход преобразователя ток-напряжение соединен с первым входом второго сумматора и через шестой ключ и четвертое запоминающее устройство с вторым входом второго сумматора, выход которого подключен к входу первого ключа, выход первого сумматора соединен с первым входом третьего сумматора и через седь:мой ключ и пятое запоминающее устройство с вторым входом третьего сумматора, выход которого соединен с входом четвертого ключа, выход интегратора подключен к входу третьего ключа.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Формула изобретения

Импульсный автоматический полярограф, содержащий источник поляризуюших напряжений, подключенный к первому электроду полярографического датчика, второй и третий электроды которого соединены соответственно с компенсатором

1. Polarographic analyzer model

374. Operation and service manual.-

Pr,1псе оп Appl1ed Research. Princeton, Nev Jersuy, 1975.

2. Instract1оп manual Polarographic Analyzer Model 174.- Copyright l971, Princeton Applied Research Corporation. Princeton, Nev Jersey (прототип). ! Э 72381

Составитель B. Кушнев

Редактор В. Петраш Техред С.Мигунова Корректор B. Прокненко

Заказ 8506/34 Тираж 887 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

1 по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушскал наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4