PL189178B1

PL189178B1 - Sposób pomiaru koncentracji jonów w roztworach elektrolitów

Info

Publication number: PL189178B1
Application number: PL99334533A
Authority: PL
Inventors: Krzysztof Suchocki; Antoni Nowakowski
Original assignee: Politechnika Gdanska
Priority date: 1999-07-20
Filing date: 1999-07-20
Publication date: 2005-06-30
Also published as: PL334533A1

Abstract

1. Sposób pomiaru koncentracji jo- nów w roztworach elektrolitów, polegajacy na pomiarze wartosci pradu plynacego po- miedzy elektrodami zanurzonymi w roz- tworach badanego elektrolitu, znajdujacego sie w naczyniu pomiarowym, znamienny tym, ze elektrode pracujaca (1), przeciwe- lektrode (2) oraz roztwór badanego elek- trolitu (4) nadzwiekawia sie polem ultra- dzwiekowym o czestotliwosci do 200 kHz. Fig. 1 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób pomiaru koncentracji jonów w roztworach elektrolitów.

Znane są sposoby pomiaru koncentracji jonów w roztworach elektrolitów polegające na rejestrowaniu wartości prądu w funkcji wartości napięcia polaryzującego elektrody, która umieszczona jest w badanym roztworze.

Znane sposoby charakteryzują się jednak niewystarczającą dokładnością, w przypadku oznaczenia bardzo małych koncentracji jonów. Wynika to z faktu, iż w znanych sposobach rejestrowany prąd jest sumą dwóch składowych, w tym składowej zakłócającej.

Wartość pierwszej składowej oznaczonej jako prąd faradajowski jest wprostproporcjonalna do powierzchni czynnej elektrody pracującej, współczynnika dyfuzji oraz gradientu koncentracji oznaczanego jonu na powierzchni elektrody. Drugą składową rejestrowanego prądu jest prąd pojemnościowy, który jest związany z ładowaniem i rozładowaniem pojemności warstwy podwójnej tworzącej się przy powierzchni elektrod zanurzonych w elektrolicie. Wartość składowej zakłócającej, jaką jest prąd ładowania i rozładowania warstwy podwójnej, jest ściśle związana z szybkością narastania napięcia polaryzującego oraz powierzchnią elektrody pracującej. Dodatkowym czynnikiem zwiększającym wartość tej składowej jest wzrost wartości pojemności warstwy podwójnej przy wzroście wartości napięcia polaryzującego elektrody.

Nieoczekiwanie okazało się, że nadźwiękawianie roztworu wraz z umieszczonym w nim elektrodami powoduje zmianę sposobu transportu jonów do powierzchni elektrody pracującej. Wówczas transport oznaczanych jonów jest wywołany nie tylko dyfuzją związaną z wyrównywaniem koncentracji oznaczanych jonów w roztworze, ale również mikrostrumieniami powstałymi przy rozchodzeniu się w nim fali ultradźwiękowej. Ponadto okazało się, że transport jonów wywołany propagacją fali ultradźwiękowej jest silnie uzależniony od wartości ciśnienia fali akustycznej, a tym samym od amplitudy drgań przetwornika ultradźwiękowego przy pomocy którego nadźwiękawiany jest roztwór.

Sposób prowadzenia pomiarów koncentracji jonów w roztworach elektrolitów charakteryzuje się według wynalazku tym, że elektrodę pracującą przeciwelektrodę oraz roztwór elektrolitu nadźwiękawia się polem ultradźwiękowym o częstotliwości do 200 kHz.

189 178

W korzystnych wariantach realizacji sposobu według wynalazku powierzchnię czynną elektrody pracującej ustawia się prostopadle lub równolegle do kierunku rozchodzenia się fali ultradźwiękowej, zaś przeciwelektrodę ustawia się prostopadle lub równolegle do powierzchni czynnej elektrody pracującej. Źródło fali ultradźwiękowej umieszcza się pod naczyniem pomiarowym. W ośrodku sprzęgającym zanurza się również dolną część naczynia pomiarowego.

W innych odmianach wynalazku elektrodę pracującą i/lub przeciwelektrodę umieszcza się na źródle fali ultradźwiękowej, przy czym źródło fali ultradźwiękowej zanurza się do badanego elektrolitu.

Dzięki korzystaniu ze sposobu według wynalazku, wzrost wartości prądu faradajowskiego reakcji elektrochemicznej wywołany zmianą mechanizmu transportu jonów prowadzi do polepszenia stosunku wartości prądu faradajowskiego do zakłócającego prądu pojemnościowego, a tym samym poprawia się dokładność oraz rozdzielczość prowadzonych oznaczeń elektrochemicznych. Zmiana obu składowych rejestrowanego prądu umożliwia również zwiększenie szybkości narastania napięcia polaryzującego elektrodę, co pozwala na badanie szybkich procesów i oznaczanie bardzo małych koncentracji domieszek w elektrolicie.

Wynalazek w przykładzie realizacji objaśniony w oparciu o rysunek jest bliżej, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie sposób prowadzenia pomiaru koncentracji jonów w roztworze elektrolitu, fig. 2 przedstawia schemat blokowy układu pomiarowego wykorzystywanego do realizacji tego sposobu, a fig. 3, fig. 4, fig. 5 przedstawiają warianty realizacji elektrod.

Przykład 1.

Na dnie naczynia zewnętrznego 9 montuje się źródło fali ultradźwiękowej 6 w postaci przetwornika ultradźwiękowego.

Źródło fali ultradźwiękowej 6 podłącza się do wyjścia wzmacniacza mocy WZM. Wejście wzmacniacza mocy WZM podłącza się z wyjściem generatora GEN. Źródło fali ultradźwiękowej 6 pokrywa się warstwą ośrodka sprzęgającego, który jest wodą. W naczyniu zewnętrznym 9 umieszcza się naczynie pomiarowe 7. Do naczynia pomiarowego 7 wprowadza się elektrodę pracującą 1, elektrodę odniesienia 8 oraz przeciwelektrodę 2. Jako elektrodę pracującą 1 stosuje się drut platynowy, który zatapia się w rurce szklanej. Powierzchnię czynną 5 elektrody pracującej 1 ustawia się prostopadle do kierunku rozchodzenia się fali akustycznej. Przeciwelektrodę 2 ustawia się także prostopadle do kierunku rozchodzenia się fali akustycznej.

Elektrody polaryzuje się napięciem wytworzonym w potencjostacie PT. Elektrodę pracującą 1 łączy się z wyjściem W potencjostatu PT, który podłącza się do komputera 10. Elektrodę odniesienia 8 podłącza się do wejścia R potencjostatu PT, zaś przeciwelektrodę 2 łączy się z wyjściem CE potencjostatu PT.

Do naczynia pomiarowego 7, pod którym znajduje się źródło fali akustycznej 6, wlewa się badany roztwór 4 i oznacza zawartą w nim domieszkę.

Przykład 2.

Zestawia się układ pomiarowy i postępuje jak w przykładzie 1. Jako elektrodę pracującą 1 stosuje się drut platynowy, który jest zatopiony w rurce szklanej. Powierzchnię czynną elektrody pracującej 1 ustawia się równolegle do kierunku rozchodzenia się fali akustycznej.

Przykład 3.

Zestawia się układ pomiarowy i postępuje jak w przykładzie 1. Elektrodę pracującą 1 oraz przeciwelektrodę 2 nakłada się na źródło fali akustycznej 6 poprzez napylenie, przy czym powierzchnię czynną 5 elektrody pracującej 1 ustawia się prostopadle do kierunku rozchodzenia się fali akustycznej, a przeciwelektrodę 2 równolegle do kierunku rozchodzenia się fali akustycznej.

189 178

Fig. 3

Fig. 4

189 178

Fig. 5

189 178


9_	6_			3_

Fig. 1

Fig. 2

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł.

Claims

Zastrzeżeniapatentowe

1. Sposób pomiaru koncentracji jonów w roztworach elektrolitów, polegający na pomiarze wartości prądu płynącego pomiędzy elektrodami zanurzonymi w roztworach badanego elektrolitu, znajdującego się w naczyniu pomiarowym, znamienny tyra, że elektrodę pracującą (1), przeciwelektrodę (2) oraz roztwór badanego elektrolitu (4) nadźwiękawia się polem ultradźwiękowym o częstotliwości do 200 kHz.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że powierzchnię czynną (5) elektrody pracującej (1) ustawia się prostopadle lub równolegle do kierunku rozchodzenia się fali ultradźwiękowej, zaś przeciwelektrodę (2) ustawia się prostopadle lub równolegle do powierzchni czynnej (5) elektrody pracującej (1).
3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że źródło fali ultradźwiękowej (6) umieszcza się pod naczyniem pomiarowym (7), przy czym źródło fali ultradźwiękowej (6) oraz dolną część naczynia pomiarowego (7) zanurza się w ośrodku sprzęgającym (3), korzystnie w wodzie.
4. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że elektrodę pracującą (1) i/lub przeciwelektrodę (2) umieszcza się na źródle fali ultradźwiękowej (6), przy czym źródło fali ultradźwiękowej (6) zanurza się do badanego elektrolitu (4).