CZ310555B6 - Způsob analýzy chemického složení kapalné látky nebo kapalné směsi a analyzátor k provádění způsobu analýzy - Google Patents
Způsob analýzy chemického složení kapalné látky nebo kapalné směsi a analyzátor k provádění způsobu analýzyInfo
- Publication number
- CZ310555B6 CZ310555B6 CZ2022-237A CZ2022237A CZ310555B6 CZ 310555 B6 CZ310555 B6 CZ 310555B6 CZ 2022237 A CZ2022237 A CZ 2022237A CZ 310555 B6 CZ310555 B6 CZ 310555B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- sample
- analyzer
- electrodes
- analysis
- capacitor
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
- G01N27/22—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen; Reversible storage of hydrogen
- C01B3/02—Production of hydrogen; Production of gaseous mixtures containing hydrogen
- C01B3/04—Production of hydrogen; Production of gaseous mixtures containing hydrogen by decomposition of inorganic compounds
- C01B3/042—Decomposition of water
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B13/00—Oxygen; Ozone; Oxides or hydroxides in general
- C01B13/02—Preparation of oxygen
- C01B13/0203—Preparation of oxygen from inorganic compounds
- C01B13/0207—Water
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
- G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
- G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
- G01N27/06—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a liquid
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/18—Water
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
- Investigating Or Analyzing Non-Biological Materials By The Use Of Chemical Means (AREA)
- Sampling And Sample Adjustment (AREA)
Abstract
Řešení se týká způsobu analýzy chemického složení kapalné látky nebo směsi, včetně analyzátoru k provádění vynalezeného způsobu, s využitím rozkladu vzorku určeného k analýze elektrickým polem s nelineárně rostoucí intenzitou a s frekvencí od 50 kHz do 1 MHz. Současně s rozkladem vzorku jsou porovnávány aktuální elektrické parametry s empiricky získanými hodnotami elektrických parametrů pro známé látky, přičemž z výsledku porovnání je známa informace o přítomných složkách vzorku.
Description
Způsob analýzy chemického složení kapalné látky nebo kapalné směsi a analyzátor k provádění způsobu analýzy
Oblast techniky
Vynález se týká analýzy chemického složení kapalné látky nebo kapalné směsi za pomoci elektrického pole.
Dosavadní stav techniky
V současné době roste poptávka po analýze chemického složení látek a směsí, která by byla rychlá, spolehlivá a současně nenáročná na míru odbornosti pracovníka vykonávajícího analýzu.
Je známa chemická analýza složení, při které se analyzovaná látka nebo směs vystavuje vlivům známých chemických činitelů s vysokým reaktivním potenciálem, zejména kyselinám, louhům, volným radikálům. Tyto činitelé s neznámou látkou reagují, načež vytvoří známé soli a chemické sloučeniny, z jejichž přítomnosti se posléze stanoví složení analyzované látky.
Chemická analýza složení vyžaduje laboratoř a pracovníka s vysokou mírou odborné znalosti. Navíc je provádění chemické analýzy nebezpečné a časově náročné.
Jinou známou metodou analýzy složení je spektrometrie, v rámci které je využito elektromagnetické záření. Atomy jednotlivých prvků přítomných v analyzované látce vystavené elektromagnetickému záření absorbují, eventuálně vyzařují, elektromagnetické záření specifického spektra vlnové délky. Díky znalosti tohoto chování atomů je možné určit chemické složení analyzované látky.
Spektrometrické metody jsou velice přesné, ale vyžadují velice dobře kalibrované přístroje, včetně řádně nachystaných vzorků. Na druhou stranu optické spektrometrické přístroje dokáže obsluhovat proškolený pracovník bez chemického vzdělání. Nevýhodou spektrometrické analýzy je to, že nedokáže analyzovat složení v opticky nepropustném vzorku určeném k analýze.
Tento problém s opticky nepropustným vzorkem řeší spektrometrické metody využívající ionizující záření, např. fluorescenční analýza, kdy se detekuje sekundární záření na detektoru ionizujícího záření. Nevýhodou těchto metod je, že ionizující záření je zdraví ohrožující.
Dalším známým typem analýzy složení je termická analýza složení, při které se vzorek vystaví působení narůstající teploty. Dle znalosti chování chemických látek je možné podle teploty, při které dochází ke změnám ve vzorku (odpařování, chemické reakce s atmosférou, atp.) určovat složení analyzovaného vzorku.
Ani tato metoda analýzy složení není příliš vhodná pro masové nasazení. Za prvé vyžaduje kontrolované prostředí s možností řízeného ohřevu, včetně zachytávání produktů uvolňovaných s rostoucí teplotou analyzovaného vzorku. Navíc tuto analýzu nemůže provádět pouze proškolený pracovník, ale musí ji provádět odborně vzdělaný člověk.
Úkolem vynálezu je vytvořit způsob analýzy chemického složení kapalné látky nebo kapalné směsi, včetně analyzátoru, který by umožňoval analyzovat chemické složení celého analyzovaného vzorku, který by dokázal obsluhovat pracovník s pouhým proškolením, který by nevyžadoval, aby byl vzorek k analýze speciálně předpřipraven, a který by dokázal pracovat rychle a eventuálně in-situ.
- 1 CZ 310555 B6
Podstata vynálezu
Vytčený úkol je vyřešen pomocí způsobu analýzy chemického složení kapalné látky nebo kapalné směsi podle níže uvedeného vynálezu.
V rámci vynalezeného způsobu se v postupovém kroku a) získá vzorek k analýze chemického složení. Vzorkem k analýze může být kapalina, nebo směs kapalin. Posléze se v rámci postupového kroku b) vzorek nalije do analyzátoru. Poté se v rámci postupového kroku c) provede analýza chemického složení, a pak se v rámci postupového kroku d) výsledky analýzy prezentují nebo archivují.
Podstata vynalezeného způsobu spočívá v tom, že v rámci postupového kroku a) se vzorek promíchá. Dále se v rámci postupového kroku b) vzorek nalije mezi alespoň dvě elektrody kondenzátoru, který je součástí analyzátoru, přičemž vzorek zaujme roli dielektrika mezi elektrodami kondenzátoru, kterým bude pronikat elektrické pole.
Následně v rámci postupového kroku c) se mezi elektrodami kondenzátoru pomocí laděného LC obvodu se zpětnovazebním řízením opakovaně generuje elektrické pole s nelineárně rostoucí intenzitou a s frekvencí od 50 kHz do 1 MHz, způsobující vibrace a energetické namáhání molekul vzorku, které vedou k disociaci molekulárních vazeb a ionizaci jejich atomů, přičemž se porovnávají aktuální elektrické parametry soustavy kondenzátoru a jeho dielektrika, zejména napětí, proud a elektrická kapacita, s empiricky nasbíranými hodnotami. Elektrické pole, jehož intenzita nelineárně narůstá a periodicky se opakuje působí na molekuly a atomy tvořící vzorek tak, že jim dodá energii, která v kritickém množství vede k narušení molekulárních vazeb za účelem vzniku iontů z molekul, nebo k ionizaci atomů. Přibývající ionty ve vzorku mění aktuální elektrické parametry soustavy kondenzátoru a jeho dielektrika tvořeného zkoumaným vzorkem. Tyto aktuální elektrické parametry, zejména proud, napětí a elektrická kapacita, se porovnávají s empiricky nasbíranými hodnotami, čímž jsou komponenty vzorku identifikovány.
V neposlední řadě se v rámci postupového kroku d) výsledky prezentují nebo současně archivují k pozdějšímu zpracování.
Výhodou vynálezu je to, že umožní provést analýzu za použití elektrického pole. Zatímco uvedené postupy v dosavadním stavu techniky využívají silně reaktivní chemické látky (kyseliny, louhy), či vysoké teploty vedoucí k rozkladu vzorku a následnou analýzu emisí, či nebezpečná ionizující záření, tak prezentovaný vynález dokáže připravit ionty atomů původně tvořících vzorek snadno a bezpečně vzhledem k obsluze a k životnímu prostředí. Navíc s vynálezem může pracovat i pouze proškolená osoba, která má za úkol vsadit vzorek do analyzátoru, začít analýzu a nechat ji proběhnout do jejího konce, načež pak zpracuje získané výsledky.
V rámci vynálezu je výhodné, pokud v návaznosti na postupový krok c) se páry a aerosoly vycházející z kondenzátoru analyzátoru odvádějí do alespoň jednoho sekundárního detektoru pro jejich sekundární analýzu chemického složení, načež jsou informace ze sekundárního detektoru použity v rámci postupového kroku d). Sekundární detektor dokáže odhalit neionizované částice, které unikly ze vzorku, a plynné složky, a dále upřesňuje informace získané z porovnání elektrických veličin.
Frekvence v uvedeném rozmezí způsobují dostatečný přenos energie na atomy molekul, které posléze překonávají kritickou energii k přerušení molekulárních vazeb.
Zatímco např. destilovaná voda je špatným vodičem elektrického proudu a může zastupovat dielektrikum kondenzátoru již při nižších frekvencích, tak např. analyzovaná odpadní voda s ionty solí a zemin je dobrým vodičem elektrického proudu, načež musí být použita mnohem vyšší frekvence nabíjení a vybíjení elektrického náboje v kondenzátoru, aby došlo k uspořádání
- 2 CZ 310555 B6 molekul a iontů vedoucímu k nárůstu elektrického odporu v oblasti dielektrika, tzv. kapacitance, což zapříčiní pokles elektrické vodivosti jinak elektricky vodivého vzorku.
Dále je výhodné, pokud v rámci postupového kroku c) se ionty z disociovaných molekul stabilizují ozařováním fotony elektromagnetického záření, nebo vystavením uměle navozenému magnetickému poli. Aby se snížila pravděpodobnost opětovného navázání molekulárních vazeb, jsou uvolněné ionty zbavovány elektrického náboje bombardováním fotony, které rozdíl v elektrickém náboji vykompenzují, čímž se sníží reaktivita volných atomů. Procesu stabilizace iontů také napomáhá jejich prostorové uspořádání v objemu vzorku, čehož je dosaženo pomocí působením umělého magnetického pole na jejich magnetický dipól.
Součástí vynálezu je i analyzátor k provádění vynalezeného způsobu.
Podstata analyzátoru spočívá v tom, že sestává z alespoň jedné disociační komory pro disociaci molekul vzorku určeného k analýze, přičemž uvnitř disociační komory je uspořádán alespoň jeden pár plošných elektrod, dále sestává ze zdroje elektrického napětí, který je elektricky připojen k plošným elektrodám disociační komory a je uzpůsoben k opakovanému generování elektrického pole s nelineárně rostoucí intenzitou a s frekvencí od 50 kHz do 1 MHz mezi plošnými elektrodami, a dále sestává z řídicí jednotky pro řízení chodu analyzátoru a pro zpracování dat analýzy, která je komunikačně připojena ke zdroji elektrického napětí, přičemž řídicí jednotka je opatřena alespoň jedním datovým úložištěm s databází empiricky nabíraných hodnot elektrických parametrů soustavy kondenzátoru a dielektrika známého složení.
S výhodou je disociační komora opatřena alespoň jedním vývodem par a aerosolů, který je zavedený do sekundárního detektoru pro sekundární chemickou analýzu par a aerosolů, přičemž je sekundární detektor připojen k řídicí jednotce pro datovou komunikaci. Ze sekundárního detektoru jsou získávána doplňující data, která upřesní výsledky analýzy.
Je výhodné, pokud je disociační komora vybavena alespoň jedním zdrojem elektromagnetického záření pro stabilizaci iontů. Ionty získají energii z dopadajících fotonů, čímž se sníží jejich reaktivita, která by jinak způsobovala velkou míru rekombinace do nových molekul. Obdobně je na tom výhodné provedení se zdrojem magnetického pole, které napomáhá stabilizaci iontů jejich uspořádáním uvnitř vzorku pomocí magnetické interakce mezi magnetickým polem a magnetickým dipólem molekul.
Je výhodné, pokud mají plošné elektrody umístěné v disociační komoře tvar soustředně uspořádaných a do sebe vsazených válců. Pokusy ukázaly, že chování elektrického pole mezi válcovými elektrodami vsazenými do sebe navzájem přináší pozitivní účinek na disociaci molekulárních vazeb.
Dále je výhodné, pokud je alespoň k jedné plošné elektrodě připojen pozicovací prostředek pro nastavení vzdálenosti mezi plošnými elektrodami. Změnou vzdálenosti elektrod se v podstatě mění tloušťka dielektrika ležícího mezi elektrodami, což má vliv na elektrické pole generované mezi elektrodami. Pokud se vzdálenost mezi elektrodami mění v průběhu periodicky se opakujícího generování nerovnoměrně narůstajícího elektrického pole, vnáší se další proměnná do systému, čímž je menší pravděpodobnost, že molekuly vzorku zaujmou rovnovážný stav a nebude jim narůstat energie potřebná pro disociaci jejich molekulárních vazeb.
V neposlední řadě je výhodné, pokud je zdroj elektrického napětí tvořen vysokofrekvenčním zdrojem elektrického napětí se zpětným odečtem provozní frekvence, přičemž je připojen k plošným elektrodám do série nebo paralelně. Zpětný odečet funguje na základě přírodních zákonitostí, takže není potřeba nic odečítat a řídit ovládáním zdroje, reakce systému na změny je instantní.
- 3 CZ 310555 B6
Mezi výhody vynálezu patří to, že dochází k elektrickému rozkladu molekul ve vzorku pro následnou analýzu chemického složení bez nutnosti použití chemikálií, ionizujícího záření, či vysokých teplot. Vynalezený analyzátor je konstrukčně jednoduché zařízení, avšak jeho provoz je maximálně efektivní, a zvládne jej obsluhovat i pouze proškolená osoba bez chemického vzdělání.
Příklad uskutečnění vynálezu
Disociace molekul vzorku je dosaženo tím, že jsou molekuly opakovaně vystaveny pro ně extrémnímu elektrickému poli s měnící se tendencí, které dokáže atomům molekul dodat potřebnou excitační energii k překonání jejich vzájemné molekulární vazby.
Elektrické pole musí do své hodnoty narůstat nelineárně, aby byly molekuly nárůstem a poklesem pole energeticky namáhány. Při makroskopickém laickém pohledu pro snadnější představu účinku musejí být molekuly s narůstající intenzitou rozvibrovány, dokud atomy molekuly od sebe v podstatě neodskočí.
Elektrické pole je generováno mezi elektrodami kondenzátoru, jehož dielektrikem je právě kapalný vzorek. Nelineární nárůst elektrického napětí přímo úměrně ovlivňuje nárůst intenzity elektrického pole a tím i elektrický náboj na elektrodách kondenzátoru. Elektrické napětí z pohledu průběhu dosáhne určité meze, následně poklesne, posléze dosáhne o něco vyšší meze, a to se opakuje, dokud se z molekul při jejich disociaci neuvolní elektrony, které na okamžik zapříčiní pokles elektrického napětí. Tento proces se neustále opakuje, dokud je mezi elektrodami kondenzátoru přítomen dostatek vzorku k analýze.
Frekvence nárůstu a poklesu elektrického napětí se ve skutečnosti pohybuje v rozmezí od 50 kHz do 1 MHz, což znamená až 1 000 000 opakování jevu za jednu sekundu. Toto extrémní namáhání vazeb v molekulách zapříčiňuje jejich rozpad. Navíc bylo ověřeno, že s rostoucí frekvencí klesá vodivost vzorku nacházejícího se mezi elektrodami. To je důležité, neboť je možné zpracovávat libovolné kapalné vzorky. Díky vyšším frekvencím se elektrický náboj koncentruje u elektrod kondenzátoru a v mezeře mezi deskami elektrod vzniká z pohledu elektrické vodivosti neaktivní oblast. Praktické pokusy s laboratorním analyzátorem ukázaly, že na destilovanou vodu postačují frekvence okolo 700 kHz, na osolenou vodu kuchyňskou solí o salinitě 5 % byla použitelná frekvence od 720 kHz do 1 MHz, zatímco na vodu z vodovodního řadu fungovaly frekvence v rozmezí od 430 kHz do 650 kHz. Co se týče vzorků odpadních vod, bylo chování velice podobné. S rostoucí elektrickou vodivostí testovaného vzorku odpadní vody bylo potřeba používat vyšší frekvence. V rámci provádění analýzy byla odpadní voda mixována, aby její pevné složky byly rozmělněny na co nejmenší částice, načež byly pevné částice vycezeny, a posléze byl vzorek nalit do analyzátoru.
Co se týče amplitud pracovního elektrického napětí, to závisí na více faktorech. Za prvé to závisí na vlastnostech zpracovávaného vzorku, dále na ploše elektrod kondenzátoru a na vzdálenosti ploch elektrod kondenzátoru od sebe, dále na množství a teplotě vzorku, atp.
Z toho důvodu je kondenzátor zapojen do laděného LC obvodu, který díky ladění reaguje na okamžitý požadavek systému pro vygenerování požadovaného extrémního elektrického pole. Výhodou LC obvodu je to, že když se dostane do rezonance, dokáže se elektrický náboj v elektrodách vybíjet a nabíjet s požadovanou frekvencí, přičemž je možné velikost elektrického náboje měnit. Zdroj napájení LC obvodu je tzv. zpětnovazební, což znamená, že reaguje na změny sám od sebe. Ve zdroji je použita zpětnovazební cívka, která při nabíjení uzavře elektronku zdroje, což způsobí rozkmitání - frekvenci. Použití řízeného zdroje není možné vyloučit, ale takové řešení se jeví na první pohled jako zbytečně složité.
- 4 CZ 310555 B6
Vzhledem k tomu, že při disociaci molekul vzorku se uvolňuje elektrický náboj v podobě elektronů, které jsou odtaženy do jedné z elektrod kondenzátoru, je nutné ionty stabilizovat, aby nedocházelo k rekombinaci do jiných nových molekul. Elektrický náboj je do iontů dodáván ozařováním fotony, ideálně UV světlem, jehož fotony mají dostatek energie pro stabilizaci, přičemž jediné, co se musí stát je to, aby ionty byly fotony UV záření zasaženy. Je možné použít i fotony světla viditelného spektra, či energetické částice z jiných zdrojů než zdrojů viditelného světla.
Současně je možné používat magnetické pole, které orientuje ionty s magnetickým dipólem v objemu vzorku. Pomocí orientace iontů v prostoru se podaří snížit pravděpodobnost jejich reakce a zpětného vzniku molekuly.
Vysokofrekvenční zdroj elektrického napětí je principiálně postaven z Teslova transformátoru, který pracuje na rezonančním principu. Důležitou součástí zdroje je elektronický vysokofrekvenční oscilátor, z něhož je vysokofrekvenční napětí zavedeno do elektrod kondenzátoru, zatímco v běžně používaném Teslově transformátoru je napětí zavedeno na cívku pro generování sekundárních výbojů např. v rámci testování izolační pevnosti materiálů. Tlumený jiskrový oscilátor je uzpůsoben pro zpětný odečet, aby dokázal reagovat na změny v kapacitě kondenzátoru a setrval v rezonanci.
Řídicí jednotka je tvořena deskou plošných spojů osazenou procesorem a pamětmi pro uložení instrukcí, respektive programu, eventuálně programovatelným logickým automatem, či přímo mikropočítačem. Podstatné je, aby řídicí jednotka dokázala ovládat chod komponentů analyzátoru podle instrukcí od obsluhy, či podle uloženého programu, a současně, aby dokázala odesílat naměřená data do nějakého zobrazovacího prostředku nebo aby dokázala data archivovat k následnému vyhodnocení. Řídicí jednotka může komunikovat se vzdáleným serverem pomocí drátového nebo bezdrátového připojení k počítačové síti, např. kabelem, či přes Wi-Fi.
Na datovém úložišti řídicí jednotky je uložena databáze naměřených elektrických parametrů soustavy kondenzátoru a dielektrika známého složení. V podstatě se jedná o tabulku rozkladových frekvencí, tj. frekvencí změny elektrického pole, kdy se začne daný prvek ionizovat, či molekula rozpadat, dále naměřených elektrických proudů na svorkách kondenzátoru, neboť je rozpad skupiny molekul/ionizace skupiny atomů, doprovázen změnou elektrického proudu. V neposlední řadě se měří elektrická kapacita kondenzátoru. Obsah databáze je rozšiřován s každým novým laboratorním pokusem.
Další součástí analyzátoru je disociační komora, která je hermeticky uzavíratelná. Disociační komora je tvořena např. plastem, či sklem, nebo jejich kombinací, důležité je, aby byla z inertního nevodivého materiálu. Uvnitř disociační komory jsou umístněné elektrody pro vytvoření elektrického kondenzátoru uvnitř disociační komory. Elektrody jsou plošné a jsou navzájem paralelní, aby mezi nimi vznikl volný prostor pro dielektrikum, kterým bude vzorek k analýze. Elektrody jsou z nerezové oceli vysoké kvality, aby odolávaly opotřebení působením elektrického pole a reaktivních iontů. Vzdálenost mezi elektrodami je nastavitelná. O nastavení vzdálenosti se stará plastový unašeč, který je spřažen s plastovou závitovou tyčí, která je na jednom svém konci roztáčena přenosem mechanické síly ze servomotoru ovládaného řídicí jednotkou.
Rovněž byly otestovány válcové elektrody, soustředně uspořádané a vsazené vzájemně do sebe. Výsledky zkoušek ukázaly, že toto uspořádání elektrod zvyšuje účinnost disociace molekul, avšak proč tomu tak je, je předmětem dalšího výzkumu.
Disociační komora má ve svém víku plastový vývod plynného média, který je osazen plynovým vedením zavedeným sekundárního detektoru tvořeného polem elektrických senzorů složení plynného média. Senzor plynného média je tvořen membránovým detektorem plynů a par, nebo polovodičovým čipem citlivým na kondenzát. Senzory jsou katalogové položky, které se kupují
- 5 CZ 310555 B6 jako spotřební zboží. Pro analyzátor nebyly žádné nové senzory vyvinuty a odborník bude schopen rutinní prací aplikovat do analyzátoru celou paletu dostupných senzorů, či celých snímacích přístrojů.
Příklad 1
Byla připravena směs vody a solí NaCl a KCl. Soli byly do vody vsazeny o koncentraci 8 % hmotn. Směs byla jako vzorek nalita do disociační komory analyzátoru. Následně byla zvyšována frekvence elektrického pole. První změny v elektrických parametrech byly zaznamenány v oblasti frekvencí okolo 680 kHz, následně v oblasti frekvencí okolo 700 kHz, 705 kHz, a 750 kHz. Při porovnání s databází empiricky naměřených dat, bylo zjištěno, že změny detekované při frekvenci v oblasti 700 až 705 kHz odpovídají vodě, změny detekované při frekvenci v oblasti 680 kHz odpovídají přítomnosti iontů draslíku, změny v elektrických parametrech detekované při frekvenci v oblasti 750 kHz odpovídají přítomnosti iontů sodíku.
Současně ze sekundárního detektoru byla přijata informace o výskytu molekul chloru ve vodní páře.
Příklad 2
Byla odebrána odpadní voda ze septiku s obsahem pevných částí. Odpadní voda byla mixována po dobu 15 minut v klasickém kuchyňském mixéru. Následně byla směs vody a pevných částic scezena přes síto s velikostí oka 500 mikrometrů. Následně byla odpadní voda nalita do disociační komory, kde byla vystavena elektrickému poli. Současně byly plynné složky odváděny do sekundárního detektoru.
Byly naměřeny při různých frekvencích změny elektrických parametrů, přičemž pro změny v oblastech 150 kHz, 500 kHz, 700 kHz byly v databázi empiricky nasbíraných dat nalezeny záznamy pro přítomnost dusíku, uhlíku, vody.
Sekundární detektor plynného složení zaznamenal přítomnost vodíku, kyslíku, metanu, chloru a sirovodíku.
Porovnáním s výsledky laboratorního rozboru složení vzorku byl výskyt těchto prvků ověřen.
Pro komponenty vzorku, které neměly záznam v databázi empiricky nasbíraných dat, budou v nejbližší době provedena měření pro získání potřebných dat do databáze.
Příklad 3
Vzorek z příkladu 2 se nechal vystavit elektrickým polím stejně, jako v příkladu 2, avšak s rozdílem, že se měnila vzdálenost mezi elektrodami kondenzátoru. Výsledky měření naznačují, že změna vzdálenosti (zmenšování) mezi elektrodami v průběhu analýzy má pozitivní vliv na disociaci molekul, neboť sekundární detektor zaznamenal plynné složky ve vyšší koncentraci.
Průmyslová využitelnost
Způsob analýzy chemického složení kapalné látky nebo směsi a analyzátor k provádění způsobu podle vynálezu naleznou uplatnění ve výzkumu a v oblasti testování čistoty vod.
Claims (11)
1. Způsob analýzy chemického složení kapalné látky nebo směsi, v rámci kterého se v postupovém kroku a) získá vzorek k analýze chemického složení, načež se v rámci postupového kroku b) vzorek nalije do analyzátoru, ve kterém se v rámci postupového kroku c) provede analýza chemického složení, načež se v rámci postupového kroku d) výsledky analýzy prezentují nebo archivují pro pozdější prezentaci, vyznačující se tím, že:
v rámci postupového kroku a) se vzorek promíchá;
v rámci postupového kroku b) se vzorek nalije mezi alespoň dvě elektrody kondenzátoru tvořícího součást analyzátoru, přičemž vzorek zaujme roli dielektrika mezi elektrodami kondenzátoru;
v rámci postupového kroku c) se mezi elektrodami kondenzátoru pomocí laděného LC obvodu se zpětnovazebním řízením opakovaně generuje elektrické pole s nelineárně rostoucí intenzitou a s frekvencí od 50 kHz do 1 MHz, způsobující vibrace a energetické namáhání molekul vzorku, které vedou k disociaci molekulárních vazeb a ionizaci jejich atomů, přičemž se porovnávají aktuální elektrické parametry soustavy kondenzátoru a jeho dielektrika, zejména frekvence, proud a elektrická kapacita, s empiricky nasbíranými hodnotami elektrických parametrů soustavy kondenzátoru a dielektrika známého složení; a v rámci postupového kroku d) jsou výsledky porovnání prezentovány a současně archivovány k pozdějšímu zpracování.
2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že v návaznosti na postupový krok c) se páry a aerosoly z kondenzátoru analyzátoru odvádějí do alespoň jednoho sekundárního detektoru pro jejich sekundární analýzu chemického složení, načež jsou informace ze sekundárního detektoru použity v rámci postupového kroku d).
3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že v rámci postupového kroku c) se ionty z disociovaných molekul stabilizují ozařováním fotony elektromagnetického záření.
4. Způsob podle některého z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že v rámci postupového kroku c) se ionty z disociovaných molekul stabilizují pomocí magnetického pole.
5. Analyzátor k provádění způsobu analýzy chemického složení látky nebo směsi podle některého z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že sestává z alespoň jedné disociační komory pro disociaci molekul vzorku určeného k analýze, přičemž uvnitř disociační komory je uspořádán alespoň jeden pár plošných elektrod; že dále sestává ze zdroje elektrického napětí, který je elektricky připojen k plošným elektrodám disociační komory a je uzpůsoben k opakovanému generování elektrického pole s nelineárně rostoucí intenzitou a s frekvencí od 50 kHz do 1 MHz mezi plošnými elektrodami; a že dále sestává z řídicí jednotky pro řízení chodu analyzátoru a pro zpracování dat analýzy, která je komunikačně připojena ke zdroji elektrického napětí, přičemž řídicí jednotka je opatřena alespoň jedním datovým úložištěm s databází empiricky nabíraných hodnot elektrických parametrů soustavy kondenzátoru a dielektrika známého složení.
6. Analyzátor podle nároku 5, vyznačující se tím, že disociační komora je opatřena alespoň jedním vývodem par a aerosolů, který je zavedený do sekundárního detektoru pro sekundární chemickou analýzu par a aerosolů, přičemž je sekundární detektor připojen k řídicí jednotce pro datovou komunikaci.
7. Analyzátor podle nároku 5 nebo 6, vyznačující se tím, že disociační komora je vybavena alespoň jedním zdrojem elektromagnetického záření pro stabilizaci iontů.
- 7 CZ 310555 B6
8. Analyzátor podle některého z nároků 5 až 7, vyznačující se tím, že disociační komora je vybavena alespoň jedním zdrojem magnetického pole pro stabilizaci iontů.
9. Analyzátor podle některého z nároků 5 až 8, vyznačující se tím, že plošné elektrody v disociační komoře mají tvar soustředně uspořádaných a do sebe vsazených válců.
5
10. Analyzátor podle některého z nároků 5 až 9, vyznačující se tím, že alespoň k jedné plošné elektrodě je připojen pozicovací prostředek pro nastavení vzdálenosti mezi plošnými elektrodami.
11. Analyzátor podle některého z nároků 5 až 10, vyznačující se tím, že zdroj elektrického napětí je tvořen vysokofrekvenčním zdrojem elektrického napětí se zpětným odečtem provozní frekvence, přičemž je připojen k plošným elektrodám do série, nebo paralelně.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2022-237A CZ310555B6 (cs) | 2022-06-03 | 2022-06-03 | Způsob analýzy chemického složení kapalné látky nebo kapalné směsi a analyzátor k provádění způsobu analýzy |
| EP23176753.4A EP4292978A1 (en) | 2022-06-03 | 2023-06-01 | Reactor for dissociation of aqueous solutions and method of dissociation of aqueous solutions |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2022-237A CZ310555B6 (cs) | 2022-06-03 | 2022-06-03 | Způsob analýzy chemického složení kapalné látky nebo kapalné směsi a analyzátor k provádění způsobu analýzy |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ2022237A3 CZ2022237A3 (cs) | 2023-12-13 |
| CZ310555B6 true CZ310555B6 (cs) | 2025-11-26 |
Family
ID=88758575
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2022-237A CZ310555B6 (cs) | 2022-06-03 | 2022-06-03 | Způsob analýzy chemického složení kapalné látky nebo kapalné směsi a analyzátor k provádění způsobu analýzy |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP4292978A1 (cs) |
| CZ (1) | CZ310555B6 (cs) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3031616A (en) * | 1957-07-18 | 1962-04-24 | Hummel Heinz | Apparatus for analyzing gaseous or liquid mixtures |
| GB1423314A (en) * | 1973-02-26 | 1976-02-04 | Halogen Controls Inc | Monitoring and controlling the halogen content of a liquid |
| GB2215846A (en) * | 1988-03-23 | 1989-09-27 | Nat Res Dev | Method and apparatus for measuring the type and concentration of ion species in liquids |
| GB2329711A (en) * | 1997-09-27 | 1999-03-31 | Univ Wales Aberystwyth The | Capacitance measurement of a dielectric medium |
| US20020196009A1 (en) * | 2000-01-21 | 2002-12-26 | Dieter Sewald | Measuring method and sensor apparatus measuring chemicals in pharmaceutical analysis and synthesis |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4936961A (en) * | 1987-08-05 | 1990-06-26 | Meyer Stanley A | Method for the production of a fuel gas |
| EA015081B1 (ru) * | 2009-05-19 | 2011-04-29 | Евгений Викторович ПОРТНОВ | Способ и устройство для получения горючего газа, тепловой энергии, водорода и кислорода |
| US11788194B2 (en) * | 2019-11-21 | 2023-10-17 | McKane B. Lee | Quantum kinetic fusor |
-
2022
- 2022-06-03 CZ CZ2022-237A patent/CZ310555B6/cs unknown
-
2023
- 2023-06-01 EP EP23176753.4A patent/EP4292978A1/en active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3031616A (en) * | 1957-07-18 | 1962-04-24 | Hummel Heinz | Apparatus for analyzing gaseous or liquid mixtures |
| GB1423314A (en) * | 1973-02-26 | 1976-02-04 | Halogen Controls Inc | Monitoring and controlling the halogen content of a liquid |
| GB2215846A (en) * | 1988-03-23 | 1989-09-27 | Nat Res Dev | Method and apparatus for measuring the type and concentration of ion species in liquids |
| GB2329711A (en) * | 1997-09-27 | 1999-03-31 | Univ Wales Aberystwyth The | Capacitance measurement of a dielectric medium |
| US20020196009A1 (en) * | 2000-01-21 | 2002-12-26 | Dieter Sewald | Measuring method and sensor apparatus measuring chemicals in pharmaceutical analysis and synthesis |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ2022237A3 (cs) | 2023-12-13 |
| EP4292978A1 (en) | 2023-12-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Trainer et al. | Haze aerosols in the atmosphere of early Earth: manna from heaven | |
| Yu et al. | Evaluation of liquid cathode glow discharge-atomic emission spectrometry for determination of copper and lead in ores samples | |
| Krechmer et al. | Direct measurements of gas/particle partitioning and mass accommodation coefficients in environmental chambers | |
| Golda et al. | Dissipated electrical power and electron density in an RF atmospheric pressure helium plasma jet | |
| Franck et al. | An efficient procedure to identify and quantify new molecules for insulating gas mixtures | |
| Gorbanev et al. | An atmospheric pressure plasma setup to investigate the reactive species formation | |
| Wright et al. | The effects of added hydrogen on a helium atmospheric-pressure plasma jet ambient desorption/ionization source | |
| Rossbach et al. | Homogeneity studies of reference materials by solid sampling–AAS and INAA | |
| JP2009522099A (ja) | 液体をより高反応性にする方法及び装置 | |
| Ouaras et al. | OH density measured by PLIF in a nanosecond atmospheric pressure diffuse discharge in humid air under steep high voltage pulses | |
| Moravský et al. | Monitoring of nonthermal plasma degradation of phthalates by ion mobility spectrometry | |
| CZ310555B6 (cs) | Způsob analýzy chemického složení kapalné látky nebo kapalné směsi a analyzátor k provádění způsobu analýzy | |
| Wang et al. | Humidity effects on resolution and sensitivity of UV-FAIMS in VOCs detection | |
| JP6144281B2 (ja) | 液状媒質の元素組成の発光分析方法 | |
| CN109596679B (zh) | 一种现场快速检测土壤重金属含量的检测装置 | |
| Hong et al. | Miniaturized corona discharge-atomic emission spectrometer for determination of trace mercury | |
| Puanngam et al. | A cold plasma dielectric barrier discharge atomic emission detector for atmospheric mercury | |
| Mekić et al. | Quantification of gas phase methyl iodide using H3O+ as the reagent ion in the PTR-MS technique | |
| Gamaleev et al. | Atomic emission spectroscopy of microarc discharge in sea water for on-site detection of metals | |
| Matusiewicz et al. | A Comparison of ETV and LA for the Determination of Trace Elements in Solid Samples by MIP OES | |
| CN106796866B (zh) | 大气压兆伏静电场电离解吸(apme-fid)的方法和系统 | |
| Tanışlı et al. | Comments on the Langmuir probe measurements of radio-frequency capacitive argon–hydrogen mixture discharge at low pressure | |
| Ke et al. | A paradigm study for assessment of phenylalanine’s damage under arc-discharge irradiation | |
| US5978082A (en) | Atomic absorptiometer and a metal specimen atomic vapor generation apparatus used in the atomic absorotiometer | |
| Francis | The growth of electrodeless discharges in hydrogen |