Переменнотоковый способ полярографического анализа

ОЛ ИСАН ИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

399775

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 21.VI1.1971 (№ 1684373/26-25) М, 6 Oln 27/48 с присоединением заявки №

Государственный комитет

Совета Министров ",ССР па делам изооретений открытий

Приоритет

Опубликовано ОЗ.Х,1973. Бюллетень № 39

Дата опубликования описания 21.1.1974

УДК 54I3.233 (088.8) Авторы изобретения

Заявитель

И. Е. Брыксин, Р. М,-Ф. Салихджанова и И. 3. Белицкий

Всесоюзный научно-исследовательский институт автоматизации черной металлургии

ПЕРЕМЕННОТОКОВЫЙ СПОСОБ

ПОЛЯРОГРАФИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

Изобретение относится к полярографии и может быть применено в приборах, предназначенных для полярографического анализа, — полярографах.

Известен способ квадратно-волновой полярографии, по которому в качестве поляризующсго напряжения используют напряжение, состоящее из напряжения постоянного тока, изменяющегося во времени по линейному закону с относительно небольшой скоростью, и напряжения переменного тока прямоугольной формы, и измеряют переменную составляющую тока ячейки в интервалы времени, совпадающие с концами положительных и отрицательных полуволн напряжения.

Однако квадратно-волновой способ полярографии при малой концентрации анализируемого раствора характеризуется тем, что амплитуда импульсов емкостного тока значительно (в несколько тысяч раз) превышает измеряемый ток электрохимической реакции.

Поэтому для осуществления этого способа требуется очень сложная аппаратура.

Целью изобретения является повышение отношения сигнал — помеха и упрощение аппаратуры.

Для этого в качестве переменнотоковой составляющей напряжения используют напряжение трапецеидальной формы, в качестве которого использ :ют ограниченное с двух сторон по амплитуде спнусопдальнос напряжение или импульсы экспоненциальной формы.

Предложенный способ пояснсн чертежами.

На фпг. 1 приведена временная диаграмма подводпмого к полярографпчсской ячейке переменного напряжения в полярографпп с трапецепдальной формой переменного напряжения; на фпг. 2 — временная диаграмма переменной составляющей тока электрохимпче10 ской реакции в полярографии с трапецеидальной формой переменного напряжения; на фиг. 3 — временная диаграмма переменной составляющей смкостного тока в полярографии с трапецсидальной формой переменного

15 напря>кения: на фпг. 4 — временная диаграмма напряжения трапецепдальной формы, полученной путем двустороннего ограничения амплитуды спнусоидального напряжения; на фиг. 5 — временная диаграмма переменной

20 составляющей тока электрохимпческой реакции прп подведении к ячейке напряжения трапецеидальной формы, полученной путем двустороннего ограничения амплитуды синусоидального напряжения; на фиг. 6 — временная

25 диаграмма переменной составляющей емкостного тока прп подведении к ячейке напряжения трапецепда Iьной формы, полученной путем двустороннего ограничения амплитуды синусоидального напряжения; на фиг. 7—

30 временная диаграмма напряжения трапецеи399775 (3) 10

20 (5) 25

lc., — CV, (2) дальной формы, полученной путем двустороннего ограничения амплитуды импульсов экспоненциальной формы; на фиг. 8 — временная диаграмма переменной составляющей тока электрохимической реакции при подведении к ячейке напряжения трапецеидальной формы, полученной путем двустороннего ограничения амплитуды импульсов экспоненциальной формы; на фиг. 9 — временная диаграмма переменной составляющей емкостного тока при подведении к ячейки напряжения трапецеидальной формы, полученной путем двустороннего ограничения амплитуды импульсов экспоненциальной формы; на фиг. 10 — блок-схеМа установки, при помощи которой реализуется способ полярографирования в случае переменного напряжения трапецеидальной формы.

По предложенному способу в качестве поляризующего напряжения используют напряжение, состоящее из напряжения постоянного тока, изменяющегося во времени по линейному закону с относительно небольшой скоростью, и напряжения переменного тока трапецеидальной формы (фиг. 1), и измеряют переменную составляющую тока ячейки в интервалы времени, совпадающие с концами горизонтальных участков положительных и отрицательных полуволн трапецеидального напряжения.

В качестве переменного напряжения используют напряжение трапецеидальной формы или напряжения, по форме близкие к трапецеидальной, например ограниченную с двух сторон синусоиду (фиг. 4) или ограниченные с двух сторон импульсы экспоненциальной формы (фиг. 7).

При осуществлении предложенного способа отношение амплитуды импульсов емкостного тока к переменной составляющей тока электрохимической реакции в моменты измерения значительно меньше, чем в квадратно-волновой полярографии, и поэтому удается использовать для усиления полезного сигнала значительно более простой усилитель с управляемым .коэффициентом усиления.

В квадратно-волновой полярографии амплитуда импульсов емкостного тока I,< равна:

1с, = —

U (1)

R где Ui — двойная амплитуда прямоугольного напряжения, R — суммарное сопротивление раствора и капилляра.

В предложенном способе полярографии амплитуда импульсов емкостного тока lñ2 равна где С вЂ” емкость двойного слоя, V — скорость изменения трапецеидального напряжения.

Скорость изменения трапецеидального напряжения равна отношению двойной ампли40

65 туды этого напряжения ко времени его нарастания или спада.

Время нарастания (спада) трапецеидального напряжения целесообразно принять равным !4 периода колебаний этого напряжения.

Поэтому

2 2 4Q

U 4U т т

4 где U> — двойная амплитуда трапецеидального напряжения, Т вЂ” период колебаний трапецеидального напряжения.

f — частота напряжения.

Подставляя (3) во (2), получим

1с, = 4fCU (4)

Разделив (1) на (4), получим отношение амплитуд импульсов емкостного тока при квадратно-волновой полярографии и трапецеидальной полярографии

Ic, Ic 4RUaCf

При равенстве амплитуд напряжения, т. е. при условии U — — U равенство (5) примет вид

Iñ, Ic 4RCf (6)

Если принять, что R=50 ом, С=0,5 мкф и f= 100 гц, то = 100.

1с, Таким образом, при принятых значениях величин R, С и f амплитуда импульсов емкостного тока в трапецеидальной полярографии в 100 раз меньше, чем у квадратно-волновой.

Примером реализации предложенного способа является полярограф, собранный по блок-схеме, приведенной на фиг. 10.

Выходы источников 1 напряжения постоянного тока с линейно-изменяющимся напряжением и 2 переменного напряжения соединены со входом 8 компенсатора 4, выход которого подведен к измерительному резистору 5. Последовательно с измерительным резистором 5 соединена ячейка 6. Точка соединения измерительного резистора 5 и ячейки 6 подведена ко входу 7 компенсатора 4. Измерительный резистор 5 соединен со входом компенсатора

4, а также со входом предварительного усилителя 8. Выход предварительного усилителя 8 подведен,ко входу 9 управляемого усилителя

10. Вход 11 управляемого усилителя 10 соединен с выходом 12 формирователя 18 импульсов. Управляемый усилитель 10 соединен с фазовым детектором 14, вход 15 которого соединен с выходом 16 формирователя 13 импульсов. Фазовый детектор 14 соединен с самописцсм 17. Выход 18 формирователя 18 импульсов связан со входом 19 источника 2 переменного напряжения.

399775 юг

<"иг. 5 фиг. E

Устройство работает следующим образом.

Суммарное поляризующее напряжение, состоящее из медленно изменяющегося напряжения, обеспечиваемого источником 1, и переменного напряжения трапецеидальной формы от источника 2, поступает через компенсатор

4 и измерительный резистор 5 на ячейку б.

Для обеспечения подачи неискаженного поляризующего напряжения на ячейку б общая точка ячейки б и измерительного резистора 5 ip подается ко входу 7 компенсатора 4. При прохождении переменной составляющей тока ячейки через измерительный резистор 5 на нем создается падение напряжения, которое затем усиливается сначала предварительным 1S усилителем 8, а затем управляемым усилителем 10 в момент прохождения управляющего импульса с выхода 12 формирователя 18 импульсов. В паузах между импульсами управляемый усилитель 10 служит для подавления 2о импульсов емкостного тока. Затем сигнал при помощи фазового детектора 14, на который поступают опорные импульсы с выхода 1б формирователя 18 импульсов, преобразуется из напряжения переменного тока в постоян- 2S ное напряжение, пропорциональное току электрохимической реакции. С фазового детектора 14 сигнал подается для регистрации на самописец 17. Работа формирователя И импульсов и источника 2 переменного напря- 3о жения взаимосвязана, для чего выход 18 формирователя 13 импульсов подается на вход источника 2 переменного напряжения.

Предмет изобретения

1. Переменнотоковый способ полярографи ческого анализа, заключающийся в том, чт<, на по",ÿðîãðàôè÷ññi óþ ячейку подают напря жение постоянного тока, изменяющееся во времени по линейному закону, и напряжение переменного тэка малой амплитуды, в кото ром имеются горизонтальные участки, и измеряют переменную составляющую тока электрохимической рсакции в концах горизонтальных участков полуволн переменного напряжения, отличаю цийся тем, что, с целью повышения отношения сигнал-помеха и упрощения аппаратуры, в качестве переменнотоковой составляющей напряжения используют напряжение трапецеидальной формы.

2. Способ по и. 1, отличаюи1ийся тем, что в качестве напряжения трапецеидальной формы используют ограниченное с двух сторон по амплитуде спнусопдальное напряжение.

3. Способ по и. 1, отличаю цийся тем, что в качестве напряжения трапецеидальной формы используют ограниченные с двух сторон по амплитуде импульсы экопоненциальной формы.

399775

Фиг 7

Составитель Н. Алимова

Техред Л. Грачева

Редактор А. Зиньковский

Корректор Е. Миронова

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 37!О/5 Изд. № 37 Тираж 755 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 475