CS236968B1 - Zařízení pro kontinuální coulometrické měření koncentrace oxidovatelných látek v plynech - Google Patents

Abstract

Předmětem vynálezu je zařízení pro kontinuální coulometrické měření koncentrace oxidovatelných látek, například oxidu siřičitého nebo sirovodíku v plynech, vhodné zejména k měřeni stopových koncentrací těchto látek v ovzduší. Zařízení obsahuje potenciostat a elektrolyzér s indikační anodou, katodou a bezproudovou elektrodou. Všechny elektrody jsou ponořeny v elektrolyzéru do společného elektrolytu, cirkulujícího vodného roztoku elementárního jodu.

Description

Předmětem vynálezu je zařízení pro kontinuální, coulometrické měření koncentrace oxidovatelných látek, například oxidu siřičitého nebo sirovodíku, v plynech, vhodný zejména k mě« ření stopových koncentrací těchto škodlivin v ovzduší.

Zařízení je založeno na metodě, spočívající v zavádění plynu do elektrolyzéru s cirkulujícím vodným roztokem obsahujícím elementární jOcb a v měření elektrolytického proudu při co nejúplnější anodické oxidaci jodidových iontů, vznikajících při chemické reakci mezi elementárním jodem z roztoku a příslušnou oxidovatelnou látkou z plynu.

U dosavadních zařízení založených na této metodě; se používá jednoduchého elektrodového systému bez potenčiostatu, kdy katoda, udržovaná na dostatečně, stálém potenciálu elektrochemickou, redukcí elementárního jodu na jodidové ionty, slouží zároveň jako elektroda referentní. Taková zařízení jsou vhodná pro průtoková měření, při nichž se elektrolyt po průtoku měrným systémem odvádí do odpadu. Avšak u zařízení, v němž elektrolyt měrným systémem cirkuluje, jsou jodidové ionty vznikající na katodě., přiváděny s cirkulujícím elektrolytem k indikační anodě', kde podstatně zvyšují zbytkový elektrolytický proud, čímž se značně snižuje přesnost a spolehlivost měření. Kompensační metoda s potenciostatem udržujícím referentní elektrodu v prakticky bezproudovém stavu, dosud často používaná při různých elektrochemických měřeních tyto potíže zcela neodstraňuje, V přístrojích založených na.. jejím využití bývá zpravidla některá z elektrod, katoda nebo bezproudová referentní elektroda, při měření ponořena do jiného elektrolytu než indikační anoda, .což plně vyhovuje při krátkodobých měřeních v laboratoři, avšak při dlouhodobých kontinuálních měřeních vede k potížím působeným pozvolnou difúzí mezi příslušnými elektrolyty. Při průtokových měřeních s cirkulujícím .elektrolytem pak navíc vadí přítomnost produktů elektrodových reakcí probíhajících na katodě a přenášených s elektrolytem k indikační anodě.

Uvedené nedostatky odstraňuje zařízení pro kontinuální coulometrické měření koncentrace oxidovatelných látek, například vod oxidu siřičitého nebo sirowfelíku, v plynech, například ve vzduchu, obsahující potenciostat a elektrolyzér s cirkulujícím elektrolytem a elektrodami podle vynálezu, jehož podstata spočívá

236 968 v tom, že má ponořeny všechny elektrody, tj. indikační anodu, katodu i bezproudovou referentní elektrodu, do jediného společného elektrolytu, jímž je vodný roztok obsahující elementární jod.

Zařízení, schematicky znázorněné na přiloženém výkresu, obsahuje elektrolyzér sestávající z několika elektrodových prostorů 5, 6, 7, 8, které jsou navzájem odděleny diafragmami a kanálky na průtok roztoku, případně roztoku a plynu, a v nichž jsou umístěny jednotlivé elektrody, tj. indikační anoda 4, katoda 1, bezproudová referentní elektroda 3 a případně pomocná anoda 2 na elektrochemickou likvidaci interferujících látek v elektrolytu.

Pro úsporu drahých kovů lze jako indikační eleJe bezproudové referentní elektrody 3 a pomocné anody 2 použít elektrod uhlíkových a jako katody 1 použít s výhodou elektrody sice z platiny nebo palladia, avšak o povrchu alespoň desetkrát menším než je povrch indikační anody 4, aby se z celkového proudu protékajícího katodou minimalizoval podíl odpovídající redukci elementárního jodu na jodidové ionty, tj., aby převážná část tohoto proudu byla provázena pouze katodickým vylučováním vodíku. Elektrolyzér může být zhotoven ze skla nebo sestaven z několika dílů, vyrobených z chemicky odolné plastické hmoty, např. z plexiskla, a oddělených diafragmami z polopropustné membrány s těsněním. Jako čerpadlo lj k nasávání plynu může sloužit membránové nebo pístové čerpadlo z plastické hmoty, snášející přítomnost agresivních látek. k čerpání elektrolytu ze zásobníku 15 do elektrolyzéru lze použít malého peristaltického čerpadla 14, poháněného motorkem s převodovkou. K trvalému udržování bezproudové referentní elektrody 3 v bezproudovém stavu a k udílení požadovaného potenciálu indikační anodě 4 lze použít jakéhokoliv potenciostatu 12 běžného typu, s výstupním proucí do IraA.

Při měření se pomocí potenciostatu 12 udílí indikační anodě 4 stálý potenciál 0,2 až 0,3 V oproti potenciálu bezproudové referentní elektrody J. Přitom se jodidové ionty vznikající při chemické reakci stanovované látky s elementárním jodem na indikační anodě oxidují zpět na elementární jod. Proud protékající indikační anodou, úměrný koncentraci stanovované látky v nasávaném plynu, se měří měřidlem 17 nebo se podle potřeby vyhodnocuje jiným způsobem. Stejný potenciál se současně udílí i pomocné anodě 2, aby se na ní ffljreď-iejty—vyalolrtroÍyoovaly··)' t-g-f zoxidovaly jodidové ionty, případ3

236 968 ně jiné interferující látky, vznikající v cirkulujícím elektrolytu .

Aby docházelo k co nejúplnějšímu zreagování stanovované látky s elementárním jodem a k co nejúplnějšímu vyelektrolýzování (anodickému zoxidování) vzniklých jodidových iontů, může elektrolyzér obsahovat indikačních anod, umístěných v jednotlivých elektrodových prostorech kaskádně za sebou, několik. Mírou koncentrace stanovované látky je pak suma elektrolytických proudů protékajících všemi indikačními anodami. Rovněž pomocných anod může elektrolyzér obsahovat několik, jestliže jedna k dostatečné likvidaci interferujících látek nestačí.

Funkce zařízení je patrna z následujícího příkladu, popisujícího měření stopových koncentrací oxidu siřičitého v ovzduší. Nejdůležitější součást zařízení, elektrolyzér zhotovený z plexiskla, obsahuje čtyři elektrodové prostory 5 až 8 s· katodou 1, pomocnou anodou 2, bezproudovou referentní elektrodou j a indikační anodou 4. Katoda 1 sestává z palladiového drátku o průměru 0,4 až 0,6 mm a délce 4 mm, ostatní elektrody jsou tvořeny uhlíkovými roubíky o průměru 6 mm a délce 35 mm. Součásti , jimiž při měření protéká plyn a elektrolyt, jsou pospojovány skleněnými trubicemi a hadicemi z chemicky odolné pryže. Elektrolyt, vodný roztok elementárního jodu obsahující pro zvýšení vodivosti 0,2 až 2 % kyseliny sírové, je do elektrolýzám čerpán ze zásobníku 15 peristaltickým čerpadlem 14 o průtoku 0,05 až 0,2 ml za. minutu přes nádobku 16, v níž je dosycován jodem. Plyn, vzduch obsahující stopy oxidu siřičitého, vstupuje do elektrolyzéru přívodem 10, nasáván pístovým čerpadlem 13 o výkonu 100 až 1000 ml za minutu. Elektrolyt po vstupu přívodem 9 protéká postupně jednotlivými elektrodovými prostory 5 až 8 a odtéká vývodem 11 společně s plynem přes čerpadlo 13 zpět do zásobníku 15. Plyn pak ze zásobníku 15 odtéká vývodem 18, zatímco elektrolyt v něm zůstává způsobilý k dalšímu použití. ZZ potenciostatu 12, napájeného z baterie nebo ze sítě, se pomocné anodě 2 a indikační anodě 4 udílí stálý potenciál 0,25 V oproti potenciálu bezproudové referentní elektrody 3. Registračním mikroampé^^r^>17 se pak měří a registruje elektrický proud, který protéká indikační anodou 4 a který je úměrný koncentraci oxidu siřiči-tého a průtoku přiváděného vzduchu. Při průtoku vzduchu 500 ml za minutu koncentraci 1 mg S0₂/m^ odpovídá proud 25 mikroampérů. Při zvýšených náro4

236 968 cích na přesnost se doporučuje použít zhora zmíněného způsobu s více, alespoň, dvěma, indikačními anodami.

Obsluha zařízení je jednoduchá. Spočívá hlavně v občasné kontrole zbytkového proudu nasazením filtru s aktivním uhlím na vstup plynu, v dolévání vody do zásobníku elektrolytu (asi jednou za tři měsíce, bez přerušení měření) a v doplňování zásoby jodu (asi jednou za rok).

Pro svou citlivost, jednoduchost, provozní spolehlivost a minimální nároky na obsluhu je zde popsané zařízení vhodné k měření koncentrací oxidovátelných látek, jako oxidu siřičitého nebo sirovodíku v ovzduší, a to nejen na pracovištích a v okolí tepelných elektráren a jiných průmyslových podniků, ale i kdekoliv v terénu ve velké vzdálenosti od příslušných zdrojů. Pro nízkou hmotnost, odolnost proti otřesům a nepatrnou spotřebu elektrické energie (asi 5 VA) je vhodný i k měřením za jízdy v terénu.

Claims (2)

1. Zařízení pro kontinuální coulometrické měření koncentra* - ce oxidovateIných látek v plynech, například ve vzduchu, obsahující potencios.tat a elektrolyzér s cirkulujícím elektrolytem a elektrodami, vyznačené tím, ze má indikační anodp (4), katodu (1) Φ bezproudovou referentní elektrodu (3)ftlo jeainého, společného elektrolytu, jírcž je vodný roztok obsahující elementární jod.

2. Zařízení podle bodu 1, vyznačené tím, že obsahuje katodu (1) z platiny nebo palladia o povrchu alespoň desetkrát menším než je povrch indikační anody (4).