FI70648B - Voltametriskt maetningsfoerfarande och anordning foer dess tillaempning - Google Patents

Description

70648

VOLTAMMETRINEN MITTAUSMENETELMÄ JA LAITE SEN SOVELTAMISEKSI

Tämä keksintö kohdistuu voltammetriseen mittausmenetelmään olennaisesti nestemäisen faasin sisältämien komponenttien pitoisuuksien määrittämiseksi ultraäänen johtamista elektrodiin hyväksi käyttäen. Keksintö kohdistuu myös laitteeseen menetelmän soveltamiseksi.

Voltammetrisiilä menetelmillä mitataan yleisesti anionien ja kationien pitoisuuksia nestemäisestä faasista. Useimmiten mittausmenetelmän työelektro-dina käytetään elohopeatippa- ja elohopeakalvoelektrodia. Nämä toimivat parhaiten määritettäessä elohopeaan liukenevia metalleja. Muiden metallien esimerkiksi raudan, nikkelin ja koboltin määrityksiä tehdään myös kiinteistä materiaaleista valmistetuilla elektrodeilla. Kiinteän työelektrodin käyttöön liittyy kuitenkin useita ongelmia, mm. elektrodin pinnan kemialliset muutokset ja runsas vedynkehitys verrattuna elohopeaelektrodiin.

Ultraäänen vaikutusta kiinteään elektrodiin ja sitä ympäröivään elektrolyyttiin erilaisilla mittausmenetelmillä on esitetty esim. SU-patentissa 219 860. Tässä SU-patentissa ultraäänikenttää on käytetty polarografisessa mittausmenetelmässä ja tällöin ultraäänikentän tarkoituksena on ylläpitää elektrodi puhtaana ja parantaa mittausherkkyyttä kentän aiheuttaman edullisen sekoitusvaikutuksen perusteella. Ultraääntä on käytetty myös amperometrisessä mittausjärjestelmässä, US-patent-ti ^ 033 830, pitämään menetelmässä tarvittavat vasta- ja mittauselektrodit puhtaana. Ultraääntä on näissä esitetyissä patenteissa käytetty siten ainoastaan elektrodien herkkyyden parantamiseksi ja puhtaanapitoon. Näin käytettynä ultraäänellä ei kuitenkaan ole saatu olennaisesti parannettua kiinteillä elektrodeilla suoritettua analysointia.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on poistaa tekniikan tason haittapuolia ja aikaansaada entistä parempi menetelmä nestemäisen faasin sisältämien komponenttien pitoisuuksien määrittämiseksi voitammetrisesti ultraääntä hyväksi käyttäen. Keksintö koskee myös laitetta, jolla menetelmän hyödyntäminen voidaan edullisesti suorittaa. Keksinnön edulliset tunnusmerkit selviävät oheisista patenttivaatimuksista.

Keksinnön mukaiseen mittauslaitteistoon kuuluu ultraäänielektrodi, mittakenno, 2 70648 elektroniikkayksikkö sekä elimiä nestemäisten faasien kuljetusnopeuden säätämiseksi ja ultraäänen synnyttämiseksi. Edullisesti iasihiilestä valmistettu kiinteä työeiektrodi, johon ultraääni kohdistuu, on kiinnitetty uitraääniresonaattorin päähän siten, että värähtelyamplitudin maksimikohta on edullisesti elektrodin pinnalla.

Sovellettaessa keksinnön mukaista mittausmenetelmää anodiseen liuotusanalyysiin edullisessa sovellutusmuodossa toimii nestemäisten faasien kuljetusnopeuden säätäjänä kalvopumppu, joka siirtää liuosta lyhyinä sysäyksinä. Sysäys on säädetty niin voimakkaaksi, että elektrodin pinnalla oleva liuos ja diffuusiokerros vaihtuu edullisesti kokonaan. Sysäyksittäinen pumppaus sekä ultraääni pidetään kytkettynä elektrodille pelkistyvien aineiden keräyksen ja mittausväiin alkuosan aikana sekä eri mittauksien välillä. Keksinnön mukaisesti ultraääni ja pumppaus kytketään pois liuotusvirtapiikkien muodostumisen ajaksi, mutta kytketään uudelleen päälle virtapiikkien jälkeen. Tällöin atomaarisen vedyn konsentraatio elektrodin pinnalla on pieni liuotusvirtapiikkien kohdalla.

Käytettäessä keksinnön mukaisesti ultraäänielektrodia voltammetriseen mittaukseen mittausherkkyys kasvaa, koska elektrodin pinnan läheisyydessä tapahtuu liuoksen voimakasta sekoittumista. Koska vetykuplat poistuvat tehokkaasti elektrodin pinnalta ja atomaarisen vedyn määrä laskee, helpotetaan samalla sellaisten aineiden määritystä, jotka kerätään elektrodille voimakkaan kehityksen aikana. Edelleen vedyn hapettamisesta johtuva taustavirta pienenee virtapiikien kohdalla. Lisäksi pulssimaisella liuoksen kuljetuksella saadaan tehokkaasti poistetuksi elektrodin pinnalle syntyneet kaasukuplat, jotka muuten häiritsisivät mittausta mit-tausjakson, virtapiikkien muodostamisen aikana.

Keksintöä selostetaan seuraavassa lähemmin viitaten oheisiin piirustuksiin, joissa kuvio 1 esittää kaaviomaisesti keksinnön erään edullisen sovellutusmuodon mukaista mittauslaitteistoa, kuvio 2 esittää keksinnön edullisessa sovellutusmuodossa käytettävää ultraääni-kennoa haikileikattuna.

Kuvion 1 mukaisesti voltammetrisessä mittauksessa käytettävät reagenssiliuos 1 ja mitattava liuos 2 johdetaan kaivopumppujen 3 ja vastaavasti Ψ kautta yhteiseen mittauskennon 5 syöttöputkeen 6. Mittauskenno 5 on sähköisesti yhdistetty 3 70648 voitammetriseen mittausyksikköön 7 elektrodien S, 9 ja 10 sekä ultraäänipään 11 toiminnan mahdollistamiseksi. Ultraäänen muodostamiseksi on ultraäänipään 11 ja mittausyksikön 7 välille sijoitettu ultraäänioskillaattori 12. Mittauskennosta 5 johdetaan mitattu liuos pois poistoputken 13 kautta.

Keksinnön mukaisesti kalvopumpun kautta tuleva mitattava liuos johdetaan mittauskennoon 14 tuloputken 15 kautta liuostilaan 16, kuten kuviossa 2 on esitetty. Liuostilan 16 vastakkaisille puolille on sijoitettu vastaelektrodi 17 ja työelektrodi 18. Työelektrodi 18 on asetettu lasilevyn 19 päälle niin, että työelektrodi 18 on tämän kautta olennaisen kiinteässä yhteydessä ja olennaisesti samassa pysty tasossa ultraääniresonaattoriin 20 ja värähtelykiteisiin 21 nähden mahdollisimman suuren uitraääniamplitudin aikaansaamiseksi työelektrodin 18 pinnalle. Liuostilaan 16 on yhdistetty myös vertailuelektrodi 22. Mitatun liuoksen poistaminen liuostilasta 16 tapahtuu vastaelektrodin 17 ympärille sijoitetun poistoputken 23 kautta.

Käytettäessä keksinnön mukaista mittauskennoa 5 johdetaan mitattava liuos tarvittavine reagensseineen sysäyksittäisen pumppauksen mahdollistavien elimien 3,4 jälkeen mittauskennon tuloputkeen 6. Aluksi työelektrodille 8 pelkistyvien aineiden keräysvaiheen ollessa käynnissä myös nestefaasin sysäyksittäinen pumppaus sekä ultraääni pidetään toiminnassa. Keräysvaiheen jälkeen kennojännitettä edelleen nostettaessa liuotusvirtapiikkien alkaessa muodostua sekä ultraääni että sysäyksittäinen nestefaasin kuljetus kytketään pois päältä. Kun halutut iiuotus-virtapiikit ovat muodostuneet, kytketään ultraääni ja nestefaasin kuljetus uudelleen päälle työelektrodille 8 pelkistyvien aineiden jäännöspitoisuuksien poistamiseksi olennaisesti kokonaan elektrodin pinnalta ja elektrodin regeneroi m iseksi. Haluttaessa käyttää sinänsä tunnettua automaattista taustanpoistotekniikkaa suoritetaan normaali liuotusanalyysimittaus, jolloin siis liuotusvirtapiikit muodostuvat, ja heti sen jälkeen uusi mittaus ilman keräysvaihetta. Mittausyksikköön 7 liitetyn tietokoneen muistiin tallennetut voltammogrammit vähennetään toisistaan ja näin saadaan automaattisesti taustakorjattu voltammogrammi.

Käytettäessä keksinnön mukaista voltammetrista mittausmenetelmää pysyy elektrodin pinta aktiivisessa tilassa ja mittaustulokset ovat stabiileja. Edelleen aikaansaadaan elektrodin pintaa puhdistava ja stabiloiva vaikutus. Tällöin mikäli käytetään elohopeakalvoelektrodia mm. työelektrodina, voidaan tämä elohopea- 70648 kalvo poistaa elektrodin pinnalta erittäin helposti tarvitsematta turvautua mekaaniseen puhdistukseen.

Vaikka edellä on kuvattu keksinnön soveltamista anodiseen liuotusanalyysiin, on selvää, että keksinnön mukaista menetelmää ultraääntä ja kuljetusnopeuden säätöä voidaan soveltaa myös muihin anioni- ja kationipitoisuuksien voltammetri-siin määritysmenetelmiin keksinnön siitä olennaisesti huonontumatta.

Claims (6)

70648

1. Voltammetrinen mittausmenetelmä olennaisesti nestemäisten faasien analysoimiseksi, jossa on laitteet (11,12,20,21) ultraäänen aikaansaamiseksi ja jossa mitattavan liuoksen kuljetusnopeutta voidaan säädellä ainakin yhden elimen (3,4) avulla, tunnettu siitä, että ultraäänilaitteet (20,21) on yhdistetty mittauskennossa (5,1 ¢) olevaan työelektrodiin (8,18) ja että ultraääni sekä mitattavan liuoksen kuljetusnopeuden säätöeiin (3,(f) pidetään kytkettynä työelektrodille (8,18) pelkistyvien aineiden keräyksen ja näiden jäännöspitoisuuksien poistamisen aikana, mutta ultraääni ja kuljetusnopeuden säätö kytketään pois liuotusvirtapiik-kien muodostumisen ajaksi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mitattavan liuoksen kuljetus aikaansaadaan sysäyksittäiseksi säätöelimen (3,4) avulla.

3. Patenttivaatimusten 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetyn ultraäänen värähtelyamplitudi on suurimmillaan työelektrodin (8,18) pinnalla.

4. Laite patenttivaatimuksen 1 mukaisen menetelmän suorittamiseksi, tunnettu siitä, että mitattavan liuoksen kuljetuksen säätöeiin (3,4) on sähköisesti yhdistetty mittauskennoon (5,14) mittausyksikön (7) välityksellä ja että työelek-trodi (8,18) on olennaisesti kiinteässä yhteydessä uitraääniresonaattoriin (20).

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen laite, tunnettu siitä, että säätöeiin (3,4) on kalvopumppu.

6. Patenttivaatimusten 4 tai 5 mukainen laite, tunnettu siitä, että työelek-trodi (8,18) on asetettu olennaisesti samaan pystytasoon ultraääniresonaattorin (20) kanssa.