Измеритель концентрации ионов в растворе соли переходного металла

 

Измеритель концентрации ионов в растворе соли переходного металла относится к приборам и средствам анализа состава вещества, основанным на методе ЭПР. Цель изобретения - упрощение конструкции, увеличение надежности и быстродействия. Новым является введение в измеритель проточной ампулы компенсационного образца с передвижным электромагнитным экраном и катушки модуляции поля в этом образце, подключенной противофазно к катушке модуляции поля в измеряемом образце. При этом жидкостные связи вьтолнены так, что анализируемый раствор поступает через ампулу компенсационного образца в устройство для перевода непарамагнитных ионов в парамагнитное состояние и далее в ампулу измерительного образца . 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 G 01 N 24/10

ВСЕСОМ5Ы. "-%

I13,,.",;„",,,, И

ВКЬЛКОТЕИА

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3791364/24-25 (22) 15.09.84 (46) 15.04.86. Бюл. ¹ 14 (72) И.Ю.Аузинь, Э.К.Мейстер, И.M.Äåñÿòíèê и Г.И.Попова (53) 539.193.538.69.083.2(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 432377, кл. G 01 N 24/00, 1974.

Авторское свидетельство СССР №- 580491, кл. G 01 N 24/00, 1977. (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ КОНЦЕНТРАЦИИ ИОНОВ

В РАСТВОРЕ СОЛИ ПЕРЕХОДНОГО МЕТАЛЛА (57) Измеритель концентрации ионов в растворе соли переходного металла относится к приборам и средствам анализа состава вещества, основанным

„„SU„„ t 224694 А на методе ЭПР. Цель изобретения упрощение конструкции, увеличение надежности и быстродействия. Новым является введение в измеритель проточной ампулы компенсационного образ— ца с передвижным электромагнитным экраном и катушки модуляции поля в этом образце, подключенной противофазно к катушке модуляции поля в измеряемом образце. При этом жидкостные связи выполнены так, что анализируемый раствор поступает через ам— пулу компенсационного образца в устройство для перевода непарамагнитных ионов в парамагнитное состояние и далее в ампулу измерительного образца. 1 ил.

1224694

Изобретение относится к приборам и средствам для анализа состава вещества, основанным на методе электронного резонанса (ЭПР) и предназначенным для непрерывного контроля в автоматических системах управления технологическими процессами (АСУ ТП) в радиотехнической промышленности, приборостроении и других отраслях народного хозяйства.

Цель изобретения — увеличение надежности и экспрессности при измерении концентрации непарамагнитных ионов.

Уа чертеже представлена блок-схема предлагаемого измерителя концентрации ионов в растворе соли переходно— го металла.

Измеритель концентрации ионов содержит устройство 1 для перевода непарамагнитных ионов протекающего раствора в парамагнитное состояние и электронно-парамагнитный анализатор

2, включающий магнит 3 и сверхвысокочастотный (СВЧ) тракт 4 с помещенным в зазор магнита 3 резонатором 5, в котором расположены проточные ампу1 ль1 6 и 7 соответственно с компенсационным и измеряемым образцами 8 и 9 и сравнительный образец 10, Кроме того, анализатор 2 содержит усилительно-преобразовательное устройство 11, модулятор !2 поляриэующего магнитного поля, измеритель 13 отношения напряжений, электромагнитный экран 14, охватывающий часть компенсационного образца 8 СВЧ-генератор 15, СВЧ-детектор 16, задающий генератор 17, нерегулируемый каскад 18, регулируемый каскад 19, катушки 20 модуляции компенсационного образца, катушки 21 модуляции измеряемого образца, включенные противофазно, катушки 22 модуляции сравнительного образца, измерительные катушки 23 измеряемого образца и измерительные катушки 24 сравнительного образца.

Устройство 1 для перевода непарамагнитных ионов в парамагнитное состояние представляет собой, например, в случае травильного раствора смеситель в виде заполненной анализируемым раствором проточной емкости с входом для дозированного потока воздуха, кислород которого является окислителем одновалентной меци в двухвалентную.

ll5

ЗО

46

Измеритель концентрации ионов работает следующим образом.

Анализируемый раствор, поступающий на его вход, проходит через проточную ампулу- 6 компенсационного образца 8, устройство 1 для перевода непарамагнитных ионов в парамагнитное состояние и проточную ампулу 7 измеряемого образца 9. Поэтому образец 8 представляет собой непосредственно анализируемое вещество, например травильный раствор, содержащий непарамагнитные ионы одновалентной меди и napaìàãíèòíûå ионы двухвалентной меди. Образец 9 является тем же травильным раствором, в котором ионы одновалентной меди перешли в парамагнитное, двухвалентное состояние в результате окисления протекающего раствора в устройстве 1 для перевода. СВЧ-генератор 15 возбуждает в резонаторе 5 электромагнитное СВЧ-поле, в пучностях магнитной составляющей которого находятся проточные ампулы 6 и 7 соответственно с компенсационным и измеряемым образцами 8 и 9 и сравнительный образец 10.

Магнит 3 создает в объемах образцов 8-10 поляризующее поле. При значениях этого поля, соответствующих линии спектра ЭПР, в образцах 8-10 происходит поглощение СВЧ-энергии.

Это приводит к уменьшению добротности резонатора 5 и изменению мощности., поступающей на СВЧ-детектор 16

Напряженность поляризующего поля в объеме каждого из образцов 8-10 модулируется независимо с амплитудой., много меньшей ширины линии спектра ЭПР, при помощи катушек 202? модуляции соответственно. Катушки 20 и 21 модуляции питаются нерегулируемым каскадом 18, а катушка 22 модуляции — регулируемым каскадом 19.

Каскады 18 и 19 возбуждаются, в свою очередь, задающим генератором

17. В результате на выходе СВЧ-детектора !6 от каждого из образцов 8-10 выделяется сигнал, пропорциональный первой производной ЭПР-поглощения (сигнал ЭПР), с частотой равной частоте модуляции поляризующего поля, и амплитудой., пропорциональной концентрации парамагнитных ионов и амплитуде модуляции поля в соответствующем образце.

1224694 где 11.,h„, К амплитуды модуляций поля в сравнительном, измеряемом и компенсационном образцах 10-8; 55 коэффициент разбавления, учитывающий уменьшение концентМодуляция поля в образцах 8 и 10 осуществляется противофазно с модуляцией поля в образце 9. Вследствие этого, составляющая сигнала ЭПР от образца 9, обусловленная парамагнитными ионами в анализируемом растворе, компенсируется сигналом ЭПР от образца 8. Полной компенсации достигают изменением степени экранирования образца 8 от СВЧ-поля резонатора 5 пу- 10 тем перемещения электромагнитного экрана 14. При этом разностный сигнал от образцов 9 и 8 становится пропорциональным количеству непарамагнитных ионов. Фаза сигнала ЭПР от образца 10 15 отличается от фазы разностного сигнала от.образцов 9 и 8 на 180 . Поэтому . результирующий сигнал на выходе СВЧдетектора 16 равен разности разностного сигнала от образцов 9 и 8 и сиг-Zo нала ЭПР от образца 10.

Результирующий сигнал с выхода

СВЧ-детектора 16 поступает на вход усилительно-преобразовательного устройства 11, а затем, после соответ- 25 ствующего усиления и преобразования— в цепь управления регулируемого каскада 19 модулятора 12 поляризующего магнитного поля. Этот сигнал изменяет амплитуду модуляции поля в образ- 30 це 10 так, что разностный сигнал от образцов 9 и 8 и сигнал от образца 10 становятся равными, в результирующий сигнал уменьшается до нуля.

Таким образом, автоматическая сис35 тема регулирования, в которую входят сравнительный образец 10, резонатор

5, СВЧ-детектор 16, усилительно-преобразовательное устройство 11, регулируемый каскад 19 и катушка 22 мо- 4б цуляции сравнительного образца, непрерывно поддерживает равенство сигнала ЭПР от сравнительного образца

10 и разностного сигнала.от компенсационного образца 8 и измеряемого 45 образца 9. При этом справедливо общее соотношение с е -1С+С (1 . . )

h К V - 1 h V

50 рации парамагнитных ионов в измеряемом образце 9 за счет добавления вещества для перевода непарамагнитных ионов в парамагнитные (в частности случае, когда перевод осуществляется за счет кислорода воздуха и нет разбавления, К = 1) р У эффективные объемы образцов 10-8; концентрация парамагнитных частиц в сравнительном образце 10; концентрации парамагнитных и непаСц Сн

В этом случае общее соотношение преобразуется к виду

h, К V — — С„

h„Ce Ч, ЭДС, наводимые в измерительных катушках 23 и 24, пропорциональны с коэффициентами пропорциональности К и К, амплитудам модуляции ноля Ь„ и Ь . Напряжение с измерительной катушки 23 поступает на первый вход измерителя 13 отношения напряжений. Напряжение с измерительной катушки 24 поступает на второй вход измерителя 13 отношения напряжений. В соответствии с этим выходной сигнал измерителя концентрации ионов с учетом последнего соотношения равен

V К

А =- -s--ы--Х-- ° С с Сс

Подстраивая во время градуировки измерителя концентрации эффективный объем V сравнительного образрамагнитных ионов в анализируемом растворе.

Перемещение электромагнитного экрана 14 эквивалентно изменению эффективного объема Ч компенсационного образца 8. Полная компенсация, достигаемая путем перемещения элек-! тромагнитного экрана 14, описывается равенством

1 Ь V

К h„V

1224694 ца 10 путем изменения степени его погружения в резонатор 5 так, чтобы выполнялось равенство получают А = C т.е. предлагаемый измеритель концентрации ионов определяет концентрацию непарамагнитных ионов в протекающем через него растворе соли переходного металла.

Формула изобретения

Измеритель концентрации ионов в растворе соли переходного металла, содержащий устройство для перевода непарамагнитных ионов протекающего раствора в парамагнитное состояние и электронно-парамагнитный анализатор, имеющий проточную ампулу измеряемого образца и сравнительный образец, помещенные в резонатор„ модулятор поляризующего магнитного поля с нерегулируемым и регулируемым каскадами, нагруженными на катушки модуляции поля в этих образцах, измеритель отношения напряжений, магнит, задающий генератор, СВЧ-генератор, СВЧ-детектор, усилительно-преобразовательное устройство, причем выход задающего генератора соединен с входом нерегулируемого и первым входом регулируемого каскадов, выход нерегулируемого каскада соединен с катушкой модуляции измеряемого образца, выход регулируемого каскада соединен с катушкой модуляции сравнительного образца, измерительная катушк измеряемого образца подключена к перному входу измерителя отношения напряжений, а измерительная катушка сравнительного образца — к второму входу измерителя отношения напряжений, СВЧ-генератор соединен с СВЧвходом резонатора, СВЧ-выход котоia рого соединен через СВЧ-детектор с входом усилительно-преобразовательного устройства, выход которого соединен с вторым входом регулируемого каскада, а резонатор помещен в

11 зазор магнита, о т л и ч а ю щ и йс я тем„ что, с целью увеличения надежности и экспрессности при измерении концентрации непарамагнитных ионов, он дополнительно содержит пе2О редвижной электромагнитный экран, проточную ампулу компенсационного образца„ помещенную в резонатор, и ка" тушку модуляции компенсационного образца„ причем катушки модуляции ком25 пенсационного и измеряемого образцов подключены K выходу нерегулируемого каскада противофазно, вход измерителя концентрации ионов в растворе соли переходного металла подклюgg чен,к входу проточной ампулы компенсационного образца, выход которой через устройство для перевода непарамагнитных ионов в парамагнитное состояние подключен к входу проточной ампулы измеряемого образца, а передвижной электромагнитный экран расположен соосно с внешней стороны проточной ампулы компенсационного образца и охватывает часть ее рабочего объема.

1224694

Составитель С.Рыков

Редактор И.Касарда Техред И.Верес Корректор Е. Сирохмаи

Заказ l944!43 Тираж 778 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная,4