CS260870B1 - Způsob koaíiunáíáíha ampér nr.éťr á zařízení k jehn' provádění - Google Patents

Description

Předmětem vynálezu je 'způsob kontinuálního amperometrického měření koncentrace látek v plynech, oxidovatelných elementárním jodem, vhodný zejména k měření stopových koncentrací oxidu siřičitého nebo sirovodíku v ovzduší, a zařízení k samočinnému provádění tohoto způsobu.

Způsob měření je založen na metodě, spočívající v zavádění analyzovaného plynu do protékajícího kapalného elektrolytu, jímž je vodný roztok obsahující elementární jod, a v sledování elektrolytického proudu při elektrochemické oxidaci jodidových iontů, které vznikají při chemické reakci příslušné stanovované látky z analyzovaného plynu s elementárním jodem z elektrolytu. K měření slouží elektrolyzér s nejméně dvěma elektrodami (anodou a katodou), na které se vkládá konstatní stejnosměrné napětí, při kterém anoda sloužící tu jako indikační elektroda (dále jen indikační anoda) nabývá potenciálu, při němž na ní probíhá požadovaná elektrochemická oxidace jodidových iontů vznikajících při uvedené chemické reakci jodu se stanovenou látkou. Mírou koncentrace stanovované látky je elektrolytický proud limitovaný uvedeným chemickým a elektrochemickým dějem u indikační anody.

Podle dosavadních amperometrických metod a zařízení založených na tomto principu a známých též pod názvem metody (případně přístroje) elektrochemické nebo coulomeirické (). Novák, autorské osvědčení č. 153 609 z r. 1971) bývají elektrody ponořeny do elektrolytu, jímž je zředěný vodný roztok kyseliny sírové s elementárním jodem, přičemž se pro úsporu chemikálií zpravidla používá recirkulace elektrolytu, tj. způsobu, při kterém elektrolyt čerpaný ze zásobníku do elektrolyzéru je po průtoku elektrolyzérem odváděn zpět do zásobníku. Při měření vznikají na katodě jako produkt elektrodové reakce jodidové ionty, které se pak s cirkulujícím elektrolytem dostávají k indikační anodě, kde jejich přítomnost je příčinou nežádoucího, trvale se zvětšujícího zbytkového proudu, který znemožňuje plné využití vysoké citlivosti metody. Aby se tomu zabránilo, je nutno tento škodlivý produkt z cirkulujícího elektrolytu odstraňovat (zpravidla elektrochemicky], což působí komplikace a nebývá vždy spolehlivé.

Uvedené nedostatky odstraňuje způsob kontinuálního amperometrického měření koncentrace látek oxidovatelných elementárním jodem, například oxidu siřičitého nebo sirovodíku, v plynech, například ve vzduchu, spočívající v zavádění analyzovaného plynu do protékajícího elektrolytu obsahujícího elementární jod, s nímž stanovovaná látka z plynu reaguje za vzniku jodidových lontů, a v sledování elektrolytického proudu při elektrochemické oxidaci těchto iontů zpět na elementární jod podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že se analyzovaný plyn zavádí u indikační anody do elektrolytu, jímž je vodný roztok obsahující kromě elementárního jodu kyselinu dusičnou o koncentraci 0,5 až 10 %. Výhoda tohoto způsobu vyplývá ze skutečnosti, že zředěná kyselina dusičná v elektrolytu které vznikají na katodě elektrochemickou redukcí jodu, zpět na elementární jod, takže při pomalé cirkulaci mezi zásobníkem elektrolytu a elektrolyzérem přitéká elektrolyt k indikační anodě prakticky zcela zbavený jodidových iontů. Uvedená chemická oxidace jodidových iontů (popřípadě i stanovované látky] vodným roztokem kyseliny dusičné je podstatně pomalejší než chemická reakce (probíhající v prostoru u indikační anody) mezi stanovenou látkou a elementárním jodem a následná elektrochemická oxidace na indikační anodě, takže chyby měření působené chemickou oxidací kyselinou dusičnou u indikační anody jsou zcela zanedbatelné.

K provádění měření uvedeným způsobem slouží zařízení, jehož součástí je známý průtokový elektrolyzér, zhotovený ze skla nebo plastické hmoty, například z plexiskla, s katodou, indikační anodou a jediným společným elektrolytem, jímž je vodný roztok kyseliny dusičné a elementárního jodu.

Při provozu zařízení se na elektrody vkládá konstantní napětí 0,1 až 0,3 V (s kladným pólem u indikační anody a záporným pólem u katody) a měří se elektrolytický proud, protékající mezi oběma elektrodami, úměrný koncentraci stanovované látky v přiváděném plynu. Při měření je katoda depolarizována elektrochemickou redukcí části jodu přítomného v elektrolytu a tím udržována na přibližně konstantním potenciálu (jen málo se měnícím s velikostí protékajícího elektrolytického proudu], což poskytuje dostatečnou možnost jejího použití jako elektrody referentní.

K měření lze použít též známého tříelektrodového systému s indikační anodou, pomocnou katodou a referentní elektrodou udržovanou v bezproudovém stavu pomocí potenciostatu, což při dlouhodobých měřeních bez lidské obsluhy působí občas velké potíže (zejména, když dojde k náhodnému porušení kontaktu v obvodu s bezproudovou referentní elektrodou). Značnou výhodu však poskytuje jednoduché zařízení, sice rovněž s třemi elektrodami (s katodou, která tu slouží jako elektroda referentní, s indikační anodou a pomocnou anodou), avšak bez potenciostatu, podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že zařízení obsahuje zdroj konstantního proudu 0,5 až 50 μΑ s kladným pólem připojeným k pomocné anodě a záporným pólem připojeným ke katodě. Katodou při měření protéká kromě proudu, který je mírou koncentrace stanovované látky, ještě navíc konstantní proud, což má za následek, že při změnách koncentrace stanovované látky jsou relativní změny celkového proudu

280870 protékajícího katodou podstatně menší, a proto jsou podstatně menší i změny jejího elektrodového potenciálu. Zdroj konstantního proudu v uvedeném jednoduchém zapojení tu tedy zastává funkci stabilizátoru elektrodového potenciálu katody depolarizované elektrochemickou redukcí elementárního jodu a zlepšuje použitelnost této katody, jakožto elektrody referentní. Velikost stabilizátoru proudu se doporučuje volit takovou, aby odpovídala asi jedné polovině používaného měrného rozsahu.

Všechny elektrody, tj. indikační anoda, katoda, popřípadě pomocná anoda, mohou být zhotoveny z ušlechtilého kovu, například z platiny nebo paládia. S výhodou tu však lze — rovněž podle tohoto vynálezu — použít elektrod uhlíkových, například roubíků, jakých se běžně používá k výrobě suchých monočlánků (o průměru 6 mm a délce 56 mm), a to nejen pro úsporu drahých kovů, ale hlavně proto, že ponořeny do roztoku kyseliny dusičné, nepodléhají za průtoku elektrolytického proudu občasné pasivaci jako elektrody kovové.

Sestava a funkce podstatných částí zařízení a způsob měření jsou patrny z následujícího příkladu, týkajícího se zařízení na samočinné provádění kontinuálního amperometrického měření stopových koncentrací oxidu siřičitého v ovzduší. Základní součásti zařízení, přicházející do styku s analyzovaným plynem a elektrolytem, navzájem propojené hadičkami z chemicky odolné plastické hmoty, jsou: průtokový elektrolyzér, zásobník elektrolytu o objemu asi 500 ml, čerpadlo na nasávání plynu, čerpadlo elektrolytu a nádobka s krystalickým jodem. Průtokový elektrolyzér obsahuje tři uhlíkové elektrody, umístěné ve třech samostatných elektrodových prostorech oddělených navzájem diafragmami a kanálky na průtok vzduchu a elektrolytu. Elektrody jsou v jednotlivých prostorech umístěny v tomto sledu: indikační anoda, katoda, pomocná anoda. Při měření je do elektrolyzéru (trubičkou u indikační anody) ze zásobníku elektrolytu čerpadlem o průtoku 0,05 až 0,2 ml za minutu čerpán elektrolyt, jímž je vodný, 2- až 5procentní roztok kyseliny dusičné s elementárním jodem. Za průtoku je elektrolyt jodem dosycován v nádobce (s krystalickým jodem), umístěné mezi čerpadlem elektrolytu a elektrolyzérem. Vzduch vstupuje do elektrolyzéru trubicí u indikační anody a vystupuje u poslední elektrody, v tomto případě u pomocné anody, nasáván čerpadlem o výkonu 100 až 1 0000 ml za minutu; vystupuje společně s elektrolytem přes zásobník elektrolytu, kde elektrolyt zůstává, způsobilý k dalšímu použití, podrobován trvalé cirkulaci, tj. čerpán uvedeným způsobem opět do elektrolyzéru. Na indikační anodu a na katodu je z vnějšího zdroje (monočlánku s děličem o odporu asi 1000 ohmů) přiváděno konstantní stejnosměrné napětí asi 0,2 V (s kladným pólem připojeným k indikační anodě). Ke katodě a pomocné anodě je jako stabilizátor elektrodového potenciálu katody depolarizované elektrochemickou redukcí části elementárního jodu připojen zdroj konstantního proudu, sestávající z malé 9voltové baterie s předřazeným rezistorem o odporu řádu 10⁶ ohmů, s kladným pólem spojeným s pomocnou anodou. K měření elektrolytického proudu, který protéká indikační anodou a je úměrný koncentraci oxidu siřičitého v nasávaném vzduchu, slouží vhodný měřič proudu, například registrační mikroampérmetr, zařazený do obvodu s indikační anodou. Při průtoku vzduchu 500 ml za minutu odpovídá koncentraci 0,2 mg oxidu siřičitého v 1 m³ elektrolytický proud přibližně 5 μΑ. Z interferujících látek přichází v praxi v úvahu hlavně sirovodík, který se však dá z nasávaného plynu snadno odstranit selektivním filtrem.

Při měření stopových koncentrací sirovodíku v plynech se postupuje zcela stejně jako při měření koncentrace oxidu siřičitého, pouze s tím rozdílem, že se na vstupu plynu před elektrolyzérem použije jiného běžného selektivního filtru.

Při menších požadavcích na přesnost a spolehlivost lze měření provádět pouze s dvěma elektrodami, tj. s indikační anodou a s katodou, s vyloučením pomocné anody a zdroje konstantního proudu.

K cejchování lze použít jakéhokoliv způsobu běžného při obdobných měřeních, například s permeační trubičkou nasazenou na vstup plynu.

Popsané zařízení je poměrně velmi jednoduché, zhotovitelné ze snadno dostupných součástí. Jeho obsluha je nenáročná; při trvalém nepřerušovaném provozu spočívá hlavně v občasné kontrole tzv. 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 a provozní spolehlivost je vhodné ke kontinuálnímu měření koncentrací oxidu siřičitého a sirovodíku nejen na pracovištích a v okolí velkých průmyslových podniků, ale i kdekoliv ve velké vzdálenosti od příslušných zdrojů. Pro nízkou hmotnost, odolnost proti otřesům a nepatrnou spotřebu elektrické energie (asi 5 VA na pohon čerpadel) je vhodné 1 k měřením za jízdy v terénu.

Claims (3)

1. pr^ed^et

   1.· Způsob kontinuálního ámperomfetrického^- měření' koncentráte látek oxidbvatbjných*. elementárním jbdem, například otfidu siřičitého nebo' sirovodíku, v plynech; nápříklád vé' vzduchtr, spoěívajíbí v zavádění anályžovánéhcr plýnu do protékajícího¹ eléktr otytu' obsahujícího elementární' jod; s nímž stanovovaná látka! z plynu· reaguje za vzniku jodidoVých iotttů; á* v sledování elekťrolýŤickéhb proůdu při elektrochemické oxidaci těchto· iontů· zpět Aa elementární jód;· vyznačený tím/ že' sé aAályzóvaný plyn závádř u indikační' ánúdy db elektrolytů, jíiAŽ je vodný rožtok obsahující kromě élementářníhe jodu kyselinu dusičnou· o kóncentráci 0,5 až 10 %.

   v íiířjři
2. 2; Zařízení· k* prdVániénř méřerfí· způsobem podlá bbdU l·,- opatřené katodou, indikační anódpu' a’ potAocAbu anpdou, vyznačehé tím,· Že jako- stabilizátor elektrodového potenciálu katody depolarizovaťié etókttochbtnibkúu redukcí· elénientátníhů jodu obsahuje zdroj’ konstantního' ptoůdu· 0,5 až 50' μβ á Kiadnýrir pólerh· připojeným k pbmocné anúdě a záporným- pblehi- připojeným' ke* kótodě.
3. 3? Zařížení podle bodu* Z vyznačené tftd, že jako katodd/ indlkdční anodu;· půpříptf, dě pbmbcnóu ahbdu' obsahuje elektrody uhlíkové.