Электрохимическая ячейка
Полезная модель относится к области аналитической химии и может быть применена для анализа растворов методом вольтамперометрии и потенциометрии с использованием стационарных индикаторных электродов. Сущность полезной модели: в электрохимическую ячейку, содержащую индикаторный электрод, электрод сравнения и вспомогательный электрод, причем вспомогательный электрод подключен к выходу потенциостата, на первый (неинвертирующий) вход которого подается напряжение с выхода источника поляризующего напряжения (ИПН), а на второй (инвертирующий) вход сигнал с электрода сравнения, а в цепь индикаторного электрода включен регистратор тока, дополнительно введены по крайней мере один индикаторный электрод в цепи которого включен еще один регистратор тока. Техническим результатом полезной модели является получение более достоверного результата анализа, сокращение времени анализа, уменьшение расходов пробы и химических реактивов.
Полезная модель относится к области аналитической химии и может быть применена для анализа растворов методами вольтамперометрии и потенциометрии с использованием стационарных индикаторных электродов.
Известна двухэлектродная электрохимическая ячейка (ЭХЯ), состоящая из сосуда с анализируемым раствором, индикаторного электрода (ИЭ) и электрода сравнения (ЭС)" между которыми измеряется потенциал или протекающий в цепи ток в зависимости от заданного потенциала (Бонд A.M. Полярографические методы в аналитической химии. - М.: Химия, 1983, 328 с.). Недостатком данной ЭХЯ является низкая точность измерений из-за высокого сопротивления ЭС и исследуемого раствора.
Известна трехэлектродная ЭХЯ, состоящая из сосуда с анализируемым раствором и трех электродов: ИЭ, ЭС и вспомогательного электрода (ВЭ), который служит для устранения влияния сопротивлений раствора и ЭС, операционного усилителя, выполняющего роль потенциостата, источника поляризующего напряжения и регистратора тока (Будников Г.К., Майстренко В.Н., Вяселев М-Р. Основы современного электрохимического анализа. - М.: «Мир», 2002, 78 с.). Недостатком такой ЭХЯ является то, что в ней находится только один ИЭ, через который и протекает регистрируемый ток. Следовательно, за один цикл измерения можно получить только одно значение измеряемой величины.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой ЭХЯ является ЭХЯ в устройстве для ВА анализа (Иванов И.Ю. Патент №2054169, 1992), которая содержит ИЭ в виде нескольких идентичных электродов, два ЭС и два ВЭ. Все электроды выполнены одинаковыми по размеру из одного электропроводящего материала и запрессованы в общий корпус. Электродная систем вводится в электрохимическую ячейку и одной парой электродов (ВЭ и ЭС) постоянно подсоединена к полярографу, а другой парой таких же электродов постоянно подсоединена к дополнительному источнику поляризующего напряжения (ДИПН). Идентичные индикаторные электроды подключены к ДИПН и через электронный коммутатор по одному переключаются в измерительную цепь полярографа, и, после цикла измерения, обратно в цепь ДИПН, где они проходят электрохимическую очистку. Недостатком этой ЭХЯ является то, что, несмотря на наличие в ней нескольких ИЭ, выполненных в одном корпусе, что не совсем удобно (при выходе из строя одного из электродов приходится заменять весь блок), работают они поочередно, то есть ток при снятии вольтамперо граммы протекает только через один ИЭ.
Для получения достоверного результата анализа необходимо провести минимум два параллельных цикла измерения в условиях повторяемости, а в некоторых случаях и более (ГОСТ Р ИСО 5725-6-2002. точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений. Часть 6. Использование значений точности на практике). В приборах, оснащенных известными ячейками, приходится проводить весь цикл измерения несколько раз, что увеличивает время получения результата анализа и ведет к дополнительным затратам химических реактивов и исследуемой подготовленной пробы.
Задачей полезной модели является получение более достоверного результата анализа, сокращение времени анализа, уменьшение расходов пробы и химических реактивов.
Поставленная задача достигается тем, что в электрохимическую ячейку, содержащую ИЭ, ЭС и ВЭ, причем ВЭ подключен к выходу потенциостата, на первый (неинвертирующий) вход которого подается напряжение с выхода источника поляризующего напряжения (ИПН), а на второй (инвертирующий) вход сигнал с ЭС, а в цепь ИЭ включен регистратор тока, дополнительно введен по крайней мере еще один ИЭ в цепь которого включен еще один регистратор тока.
Существенным отличием предлагаемой ЭХЯ является наличие в ней, как минимум, двух физических ИЭ, что позволяет получить, по крайней мере два (в зависимости от количества ИЭ) результата за время одного измерения.
На фиг.1 представлена схема пятиэлектродной ЭХЯ с тремя ИЭ. На фиг.2 - схемы расположения электродов ЭХЯ с тремя и двумя ИЭ.
ЭХЯ состоит из сосуда 1 с анализируемым раствором, ЭС 2, соединенным с первым (инвертирующим) входом потенциостата 3, ВЭ 4, соединенного с выходом потенциостата 3, второй (неинветрирующий) вход которого подключен к выходу источника поляризующего напряжения (ИПН) 5, и трех ИЭ 6, подключенных к общему проводу через регистраторы тока 7. ЭХЯ с несколькими ИЭ работает аналогично известным ЭХЯ. На всех трех ИЭ идет электрохимический процесс, поскольку ток от ВЭ 4 распределяется между ИЭ 6, практически поровну, из чего следует, что ИЭ 6 целесообразно размещать как можно ближе между собой по дуге в центре, которой находится ВЭ (фиг.2). При этом необходимо обеспечить перемешивание любым известным способом. Ток каждого ИЭ регистрируется регистраторами тока 7, т.е. получаются три результата измерения. После обработки аналитических сигналов получают 3 значения параллельных определений в условиях повторяемости, два из которых учитывают в расчете результата анализа, а третье используют в случае
расхождения между первыми двумя свыше допускаемого предела. При потенциометрических измерения ИПН 5 и потенциостат 3 не используются, а вместо регистратора тока 7 применяют измеритель потенциала.
Таким образом, за время получения одного измерения в известных ячейках в предлагаемом решении можно получить не менее двух измерений, необходимых для расчета измеряемой величины. Кроме того, снижается расход анализируемого вещества и химических реактивов (при одинаковом объеме сосуда с раствором), поскольку смены содержимого ЭХЯ не требуется.
ИЭ могут быть металлические, углеродсодержащие электроды и их модификации, ионселективные и другие электроды; ЭС - хлорид серебряный или каломельный, вспомогательным - графитовый, стеклоуглероднный, платиновый, хлоридсеребряный. В качестве ИПН могут служить любые потенциостаты или полярографы, в качестве регистраторов тока - самописцы с шунтом для измерения тока в простейшем варианте или специально разработанный прибор на основе современной электроники, обеспечивающий задание потенциалов на ЭХЯ, регистрацию токов или потенциалов ИЭ, перемешивание раствора, дезактивацию кислорода и разрушение органических веществ, связь с компьютером и т.д.
Электрохимическая ячейка, содержащая электродную систему, включающую индикаторный электрод, электрод сравнения и вспомогательный электрод, отличающаяся тем, что вспомогательный электрод подключен к выходу потенциостата, на первый вход которого подается напряжение с выхода источника поляризующего напряжения, а на второй вход - сигнал с электрода сравнения, в цепь индикаторного электрода включен регистратор тока, дополнительно введен, по крайней мере, один индикаторный электрод, в цепи которого включен еще один регистратор тока.
