PL68965Y1 - Fotometr do oznaczania chemicznego zapotrzebowania na tlen - Google Patents

Abstract

Fotometr do oznaczania chemicznego zapotrzebowania na tlen jest wyposażony w komorę reakcyjno-detekcyjną oraz diody LED i charakteryzuje się tym, że w korpusie (1) fotometru znajdują się odseparowane komory pomiarowe - reakcyjna (2) i referencyjna (3), położone na drodze optycznej wiązki światła, którego emisja oraz detekcja następuje za pomocą diod LED (4) - emisyjnych oraz diod LED pracujących jako fotodetektory, a diody (4) zamontowane są w teflonowych tulejach dystansujących (5), w których umieszczone są wałki wykonane z oszlifowanego szkła (6), umożliwiające skupienie wiązki światła, a także w korpusie (1) fotometru zamontowana jest grzałka (7) oraz czujnik temperatury (8) podłączone do termoregulatora.

Description

Opis wzoru

Przedmiotem wzoru użytkowego jest fotometr do oznaczania chemicznego zapotrzebowania na tlen (ChZT), w wodzie lub ściekach, na podstawie pomiarów fotometrycznych przebiegu reakcji redukcji chromu(VI) w określonej temperaturze. Może być stosowany w laboratoriach jako przyrząd stacjonarny do rutynowych oznaczeń np. w oczyszczalniach ścieków, bądź może zostać dostosowany do pomiarów w układzie przepływowym z automatycznym doprowadzaniem i odprowadzaniem reagentów.

ChZT jest wskaźnikiem, który określa ilość tlenu w mg/dm3, pobranego z utleniacza w optymalnych warunkach reakcji, potrzebnego do utlenienia związków organicznych i niektórych nieorganicznych zawartych w wodzie lub ściekach. Przebieg reakcji chemicznych wymaga optymalnych warunków, które umożliwiają ich odpowiednią szybkość i wydajność. Na kinetykę reakcji oprócz takich czynników jak katalizator czy pH wpływa także temperatura. Procedura oznaczania ChZT według PN-81, C-04578/03 obejmuje: utlenianie w temperaturze wrzenia w ciągu 10 minut w środowisku mieszaniny kwasu siarkowego i dichromianu(VI) potasu oraz w obecności katalizatora - siarczanu(VI) srebra według reakcji:

K?Cr20/ + H2SO4 —> K2SO4 + 2Cr03 + H2O 4Cr03 + 6H2SO4 —> 2Cr2(S04)3 + 302 + 6H20 3C + 302 -» 3C02

Procedura oznaczania ChZT metodą ogrzewania w kolbach i miareczkowania zastąpiona została zautomatyzowanymi metodami. Wygrzewanie prób przeprowadza się w temperaturze ok. 150°C w oddzielnym urządzeniu lub może odbywać się w zautomatyzowanych analizatorach ChZT zawierających różne urządzenia grzewcze. W opisie wzoru użytkowego CN2513100(Y) - 2002-09-25 przedstawiono urządzenie grzewcze zbudowane z pieca i płyt grzejnych, w którego ogrzewanych otworach umieszcza się butle z chłodnicą zwrotną.

Przebieg reakcji można analizować poprzez rejestrowanie zmian absorbancji mieszaniny reakcyjnej metodą fotometryczną. W pomiarach fotometrycznych wykorzystuje się prawo Lamberta-Beera. W fotometrycznej metodzie oznaczania ChZT z użyciem dichromianu(VI) potasu wykorzystywana jest reakcja redox, podczas której zmianie ulega barwa roztworu w wyniku redukcji Cr(VI) do Cr(lll). Fotometria jest wygodną metodą pomiarową, którą wyróżnia: prosta i szybka procedura pomiaru, dokładność oraz małe objętości analitów i reagentów. Znany z wzoru użytkowego CN 202275019 (U) -2012-06-13 jest analizator optyczny zawierający moduł do wytrawiania prób, w którym temperatura jest regulowana za pomocą systemu złożonego z elementu grzewczego - drutu oporowego, chłodzenia - wentylatora i czujników temperatury. W innym sterowanym elektronicznie analizatorze ChZT CN 2531394Y - 2003-01-15 zastosowano przepływowy detektor, w którym układ optyczny w postaci przetwornika fotoelektrycznego jest połączony kanalikiem z układem z reaktorem ogrzewanym za pomocą cewki i ciekłego nośnika ciepła.

Powszechnie znaną metodą oznaczania ChZT jest fotometryczną metoda z wygrzewaniem w szczelnych fiolkach (norma ISO 15705:2002). Pomiary absorbancji nieprzereagowanych barwnych analitów lub powstałych barwnych produktów reakcji wykonuje się w szklanych fiolkach za pomocą fotometrów - spektrofotometrów lub kolorymetrów przy odpowiedniej długości fali światła (430-450 nm) lub (600-620 nm). W fotometrach jednowiązkowych pomiar wykonywany jest kolejno najpierw dla roztworu odniesienia a następnie dla próby badanej. Fotometry dwuwiązkowe umożliwiają odczyt natężenia światła dwóch wiązek, co powoduje kompensację zakłóceń i stabilny odczyt wartości absorbancji. Z patentu CN 202351170 (U) - 2012-07-25 pt. “Water quality COD (Chemical Oxygen Demand) photoelectric detection device with reference optical path” znany jest detektor jednowiązkowy, w którym zastosowano podział wiązki światła z jednego źródła na dwie, których odbiornikiem są detektory: pomiarowy i referencyjny.

Jako źródło światła stosowane mogą być lampy wolframowe dla zakresu światła widzialnego. W celu precyzyjnego wyboru długości fali w spektrofotometrach stosowane są monochromatory w postaci pryzmatu lub siatki dyfrakcyjnej, które powodują rozszczepienie polichromatycznej wiązki światła. W kolorymetrach odpowiednia długość fali promieniowania zostaje zwykle wyselekcjonowana za pomocą filtra optycznego. Jako źródło światła często wykorzystywane są również diody LED. Natomiast jako detektory stosowane są fotokomórki, fotopowielacze, fotooporniki, fotodiody, przetworniki CCD. Układy złożone z wymienionych elementów stanowią dość skomplikowany system detekcji. W opisie patentowym CN 1912579(A) - 2007-02-14 pt. „COD photoelectric detection device”, przedstawiono urządzenie, w którym źródłem światła jest dioda LED, a detektorem pomiarowym i referencyjnym są ogniwa fotoelektryczne.

Znane z publikacji naukowych są prace dotyczące zastosowań detektorów fotometrycznych PEDD (paired emitter-detector diode), zbudowanych przy użyciu dwóch sparowanych diod LED -emisyjnej i detekcyjnej. Detektory takie nadają się do oznaczania określonych substancji przy użyciu wyselekcjonowanych diod LED. W zgłoszeniu wynalazku P.391593 opisano jednowiązkowy detektor fotometryczny przepływowy PEDD z bezpośrednim wstrzykiem reagentów do komory detekcyjno--reakcyjnej za pomocą pomp pulsowych. Detektor ten charakteryzuje się tym, że w korpusie detektora znajduje się komora reakcyjna oddzielona od diod LED okienkami przepuszczającymi światło. W zgłoszeniu wynalazku P.400791 opisano detektor przepływowy PEDD dwuwiązkowy z bezpośrednim wstrzykiem do komory reakcyjno-detekcyjnej charakteryzujący się tym, że wlot komory reakcyjno--detekcyjnej połączony jest kanalikiem z wylotem komory detekcyjno-referencyjnej.

Według wzoru użytkowego fotometr do oznaczania ChZT, którego korpus jest termostatowany w znany sposób, a w nim znajdują się odseparowane komory pomiarowe - reakcyjna i referencyjna, które położone są na drodze optycznej wiązki światła, którego emisja oraz detekcja następuje za pomocą diod LED charakteryzuje się tym, że w korpusie fotometru znajdują się odseparowane komory pomiarowe - reakcyjna i referencyjna, położone na drodze optycznej wiązki światła, którego emisja oraz detekcja następuje za pomocą diod LED emisyjnych i diod LED pracujących jako fotodetektory, a diody zamontowane są w teflonowych tulejach dystansujących, w których umieszczone są wałki wykonane z oszlifowanego szkła, umożliwiające skupienie wiązki światła, a także w korpusie zamontowana jest grzałka oraz czujnik temperatury podłączone do termoregulatora.

Fotometr według wzoru użytkowego charakteryzuje się prostą miniaturową konstrukcją i umożliwia analizę przebiegu reakcji utleniania substancji organicznych w czasie wytrawiania prób (kinetyki). Sygnał z układu diod z komory reakcyjnej jest stabilny w efekcie kompensacji zakłóceń zewnętrznych (niestabilność źródła światła, zmiany temperaturowe itp.) sygnałem z układu diod z komory referencyjnej. Wbudowany w termostatowany blok układ pomiarowy znacznie ułatwia analizę i zwiększa bezpieczeństwo pracy z reagentami. Urządzenie cechuje mały pobór mocy, użycie tanich materiałów i możliwość stosowania w układach przepływowych np. z pompami wstrzykowymi, pulsowymi lub perystal-tycznymi. Pracę urządzeń układu przepływowego można zautomatyzować poprzez sterowanie za pomocą układu elektronicznego, który rejestruje sygnały z diod detekcyjnych i przetwarza na wartości absorbancji. Taki analizator fotometryczny w układzie przepływowym z automatycznym sterowaniem może funkcjonować jako przenośne urządzenie pomiarowe do badań terenowych wód powierzchniowych lub do pracy w trybie ciągłym np. w oczyszczalniach ścieków.

Fotometr do oznaczania ChZT zostanie przedstawiony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat fotometru, a fig. 2 przedstawia fotometr w układzie przepływowym. Na rysunkach: fig. 3 przedstawiono wykres zmiany absorbancji w zależności od czasu trwania pomiaru, fig. 4 - wykres zależność zmierzonych wartości absorbancji od ChZT.

Korpus 1 fotometru wykonany jest z aluminium, a w nim znajdują się odseparowane komory pomiarowe - reakcyjna 2 i referencyjna 3, położone na drodze optycznej wiązki światła, którego emisja oraz detekcja następuje za pomocą diod LED 4 - emisyjnych i diod LED pracujących jako fotodetektory. Diody 4 zamontowane są w teflonowych tulejach dystansujących 5, w których umieszczone są wałki wykonane z oszlifowanego szkła 6, umożliwiające skupienie wiązki światła. Zamontowane w korpusie aluminiowym grzałka 7 oraz czujnik temperatury 8 podłączone są do termoregulatora 9.

Pomiar za pomocą fotometru w układzie przepływowym odbywa się w komorze reakcyjnej 2 w szklanej fiolce 10 (sygnał mieszaniny reakcyjnej ze ściekami) przy użyciu pary diod LED 4 emisyjnej i detekcyjnej wykazującej maksimum czułości spektralnej przy długości fali światła 630 nm. Sygnał ten jest kompensowany przez sygnał z fiolki 11 umieszczonej w komorze referencyjnej 3 (sygnał mieszaniny reakcyjnej z wodą destylowaną) za pomocą diod LED 4 o podobnej czułości spektralnej. Diody emisyjne połączone są szeregowo i zasilane napięciem U. Diody detekcyjne połączone są z wejściami scalonego wzmacniacza logarytmującego LOG 101 12. Napięcie na wyjściu układu jest liniową funkcją absorbancji o nachyleniu 1 V na jednostkę absorbancji.

Reagenty użyte do oznaczeń: roztwór utleniający 13 zawiera 0,0417 M K2Cr207 oraz 10,12 g/l Ag2S04 w 60% H2S04, ścieki modelowe 14 - roztwór wodoroftalanu potasu oraz woda destylowana 15 bez substancji organicznych. Do fiolek 10 i 11 w komorze reakcyjnej i referencyjnej reagenty są wstrzykiwane za pomocą pomp pulsowych 16 poprzez zawór trójdrożny 17 odpowiednio w proporcjach - roztwór utleniający : ścieki = 3:1 do fiolki w komorze reakcyjnej oraz roztwór utleniający : woda = 3:1 do fiolki

Claims (1)

1. Zastrzeżenia ochronne

   1. Fotometr do oznaczania chemicznego zapotrzebowania na tlen wyposażony w komorę reakcyj-no-detekcyjną oraz diody LED, znamienny tym, że w korpusie IV fotometru znajdują się odseparowane komory pomiarowe - reakcyjna /2/ i referencyjna /3/, położone na drodze optycznej wiązki światła, którego emisja oraz detekcja następuje za pomocą diod LED /4/ - emisyjnych oraz diod LED pracujących jako fotodetektory, a diody /4/ zamontowane są w teflonowych tulejach dystansujących /5/, w których umieszczone są wałki wykonane z oszlifowanego szkła /6/, umożliwiające skupienie wiązki światła, a także w korpusie /1/ fotometru zamontowana jest grzałka /7/ oraz czujnik temperatury /8/ podłączone do termoregulatora /9/.