RU111671U1 - OXYGEN SENSOR - Google Patents
OXYGEN SENSOR Download PDFInfo
- Publication number
- RU111671U1 RU111671U1 RU2011133791/28U RU2011133791U RU111671U1 RU 111671 U1 RU111671 U1 RU 111671U1 RU 2011133791/28 U RU2011133791/28 U RU 2011133791/28U RU 2011133791 U RU2011133791 U RU 2011133791U RU 111671 U1 RU111671 U1 RU 111671U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cathode
- membrane
- housing
- surface area
- oxygen
- Prior art date
Links
Landscapes
- Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)
Abstract
1. Кислородный сенсор, содержащий электрически непроводящий корпус, в котором расположены фиксировано по отношению друг к другу анод и катод с токоотводами, проницаемая для кислорода мембрана, отделяющая анод и катод от исследуемой среды, и фиксатор, удерживающий мембрану, одна сторона которой расположена в непосредственной близости от катода, а другая ее сторона расположена от исследуемой среды, источник тока и средство для измерения электрического тока между анодом и катодом, отличающийся тем, что корпус выполнен разъемным и состоящим из трех частей, одна из которых центральная, которая имеет цилиндрическую полость, с одной стороны центральной части корпуса расположена крышка с отверстием для ввода электролита, соединенная со стержнем, расположенным внутри центральной части корпуса с отступом от стенок полости и имеющим систему электродов, содержащую катод, который выполнен в виде металлического покрытия в форме сплошного круга на торце цилиндрического стержня, боковая поверхность стержня имеет электрод сравнения, выполненный в виде металлического покрытия, площадь поверхности которого не менее чем в 10 раз больше площади поверхности катода, от которого электрод сравнения отделен пористой прокладкой, а фиксатор, удерживающий мембрану, выполнен с углублением для заполнения его исследуемой средой, расположенным со стороны мембраны и по центру фиксатора с глубиной, величина которой не менее расстояния между мембраной и катодом и составляет не более 3 мм, фиксатор имеет два отверстия для ввода и вывода исследуемой среды, а площадь поверхности мембраны больше площади поверхности катода. ! 2. Кислородный 1. An oxygen sensor containing an electrically non-conductive housing in which an anode and a cathode with down conductors are located fixed relative to each other, an oxygen-permeable membrane separating the anode and cathode from the test medium, and a retainer holding the membrane, one side of which is located in the immediate proximity to the cathode, and its other side is located from the studied medium, a current source and means for measuring the electric current between the anode and cathode, characterized in that the housing is detachable and consisting of three parts, one of which is central, which has a cylindrical cavity, on one side of the central part of the housing there is a lid with an opening for introducing an electrolyte, connected to a rod located inside the central part of the housing indented from the cavity walls and having an electrode system containing a cathode, which is made in the form of a metal coating in the form of a continuous circle at the end of a cylindrical rod, the side surface of the rod has a reference electrode made in the form of a metal coating, area l whose surface is not less than 10 times the surface area of the cathode, from which the reference electrode is separated by a porous spacer, and the retainer holding the membrane is made with a recess for filling it with the test medium located on the side of the membrane and in the center of the retainer with a depth, the value of which not less than the distance between the membrane and the cathode and is no more than 3 mm, the latch has two holes for input and output of the test medium, and the membrane surface area is larger than the cathode surface area. ! 2. Oxygen
Description
Заявляемая полезная модель относится к измерительной технике, а именно к электрохимическому анализу, и может быть использована для анализа растворов при определении содержания растворенных газов, а также для анализа газовых смесей.The inventive utility model relates to measuring technique, namely to electrochemical analysis, and can be used to analyze solutions in determining the content of dissolved gases, as well as for the analysis of gas mixtures.
Известно электрохимическое устройство для определения восстанавливающихся и окисляющихся частиц в растворах на потоке [1]. Устройство включает в себя отдельную ячейку электрода сравнения, измерительную ячейку с рабочим электродом и градуировочную ячейку, содержащую градуировочный и вспомогательный электроды. Устройство позволяет проводить измерения растворенных газов в потоке, а также позволяет проводить градуировку в процессе работы сенсора. Однако конструкция известного устройства предъявляет высокие требования к гидродинамике, в частности, требует большой скорости потока, что приводит к удорожанию реализуемого на этом устройстве способа. Кроме того, известное устройство имеет недостаточную чувствительность анализа и требует значительного времени измерения растворенного кислорода.Known electrochemical device for determining the recovering and oxidizing particles in solutions on the stream [1]. The device includes a separate cell of the reference electrode, a measuring cell with a working electrode and a calibration cell containing the calibration and auxiliary electrodes. The device allows the measurement of dissolved gases in the stream, and also allows calibration during the operation of the sensor. However, the design of the known device makes high demands on hydrodynamics, in particular, requires a high flow rate, which leads to a rise in the cost of the method implemented on this device. In addition, the known device has a lack of sensitivity analysis and requires a significant measurement of dissolved oxygen.
Известны способ и устройство для вольтамперометрического определения кислорода [2]. Известный способ основан на поляризации прямоугольными импульсами напряжения, причем, каждый импульс прикладывается к устройству после восстановления концентрации кислорода в пространстве между мембраной и рабочей поверхностью электрода устройства для реализации этого способа, которое содержит мембрану и рабочий электрод с ограниченным между ними пространством, имеющим, преимущественно, цилиндрическую форму. Однако известное устройство требует достаточно большое (не менее, чем в 10 раз по сравнению с традиционными) время анализа исследуемой среды.A known method and device for voltammetric determination of oxygen [2]. The known method is based on the polarization of rectangular voltage pulses, and each pulse is applied to the device after restoring the oxygen concentration in the space between the membrane and the working surface of the electrode of the device for implementing this method, which contains a membrane and a working electrode with a limited space between them, having, mainly, cylindrical shape. However, the known device requires a sufficiently large (not less than 10 times compared with traditional) analysis time of the studied medium.
Известно устройство для анализа растворенного кислорода [3], которое содержит катод и анод, отделенные от исследуемой среды кислородпроницаемой мембраной и погруженные в электролит. Известное устройство обеспечивает низкий фоновый ток при прикладывании потенциала к катоду за счет выбора задаваемого соотношения площади и длины диффузионного канала для остаточного кислорода в электролите на катоде. Однако известное устройство является достаточно трудоемким и недолговечным, поскольку требует периодического контроля аналитических характеристик устройства и периодической замены мембраны.A device for analyzing dissolved oxygen [3] is known, which contains a cathode and an anode separated from the test medium by an oxygen-permeable membrane and immersed in an electrolyte. The known device provides a low background current when a potential is applied to the cathode by selecting the specified ratio of the area and the length of the diffusion channel for the residual oxygen in the electrolyte at the cathode. However, the known device is rather laborious and short-lived, since it requires periodic monitoring of the analytical characteristics of the device and periodic replacement of the membrane.
Известно устройство для электрохимического анализа [4], которое является наиболее близким по техническому результату к заявляемой полезной модели и принято в качестве прототипа. Известное устройство представляет собой трехэлектродную полярографическую ячейку, отделенную от анализируемой среды газопроницаемой мембраной и предназначено для определения концентраций кислорода в водных и газовых средах. Разделительная мембрана отсекает действие сил электростатического притяжения, оказываемого двойным электрическим слоем на заряженные частицы окружающей среды, и одновременно, благодаря своей гидрофобности, отталкивает полярные частицы, например, молекулы воды. Одним из условий корректности измерений с помощью этого устройства является условие превышения объема с анализируемой средой по сравнению с внутренним его объемом. Стабильность устройства зависит от качества применяемых мембран, их толщины и проницаемости, которые периодически, в связи со старением мембраны, меняются и требуют постоянной и систематической корректировки.A device for electrochemical analysis [4], which is the closest in technical result to the claimed utility model and adopted as a prototype. The known device is a three-electrode polarographic cell, separated from the analyzed medium by a gas-permeable membrane and is designed to determine oxygen concentrations in aqueous and gaseous media. The separation membrane cuts off the action of electrostatic attraction forces exerted by the double electric layer on charged particles of the environment, and at the same time, due to its hydrophobicity, repels polar particles, for example, water molecules. One of the conditions for correct measurements using this device is the condition that the volume with the analyzed medium is exceeded in comparison with its internal volume. The stability of the device depends on the quality of the membranes used, their thickness and permeability, which periodically change due to the aging of the membrane and require constant and systematic adjustment.
Недостатками известного устройства являются длительность анализа и большая трудоемкость за счет необходимости проведения периодической градуировки, высокая стоимость эксплуатации устройства за счет того, что для его градуировки требуется дополнительное оборудование и дорогостоящие реактивы, а, кроме этого, к недостаткам прототипа следует отнести невысокую точность и чувствительность анализа из-за высокой зависимости выходного сигнала устройства от состояния мембраны и скорости потока.The disadvantages of the known device are the duration of the analysis and the high complexity due to the need for periodic calibration, the high cost of operation of the device due to the fact that its calibration requires additional equipment and expensive reagents, and, in addition, the disadvantages of the prototype include low accuracy and sensitivity of analysis due to the high dependence of the output signal of the device on the state of the membrane and flow rate.
Заявляемая полезная модель свободна от этих недостатков.The inventive utility model is free from these shortcomings.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является сокращение времени анализа и уменьшение трудоемкости, повышение точности и чувствительности измерения концентрации кислорода, а так же удешевление полезной модели в целом, включая ее эксплуатацию, по сравнению с известными аналогами.The technical result of the proposed utility model is to shorten the analysis time and reduce the complexity, increase the accuracy and sensitivity of measuring oxygen concentration, as well as reduce the cost of the utility model as a whole, including its operation, in comparison with the known analogues.
Указанный технический результат достигается тем, что полезная модель содержит электрически непроводящий корпус, в котором расположены фиксировано по отношению друг к другу анод и катод с токоотводами, проницаемая для кислорода мембрана, отделяющая анод и катод от исследуемой среды, и фиксатор, удерживающий мембрану, одна сторона которой расположена в непосредственной близости от катода, а другая ее сторона расположена от исследуемой среды, источник тока и средство для измерения электрического тока между анодом и катодом, корпус выполнен разъемным и состоящим из трех частей, одна из которых центральная, которая имеет цилиндрическую полость, с одной стороны центральной части корпуса расположена крышка с отверстием для ввода электролита, соединенная со стержнем, расположенным внутри центральной части корпуса с отступом от стенок полости и имеющим систему электродов, содержащую катод, который выполнен в виде металлического покрытия в форме сплошного круга на торце цилиндрического стержня, боковая поверхность стержня имеет электрод сравнения, выполненный в виде металлического покрытия, площадь поверхности которого не менее чем в 10 раз больше площади поверхности катода, от которого электрод сравнения отделен пористой прокладкой, а фиксатор, удерживающий мембрану, выполнен с углублением для заполнения его исследуемой средой, расположенным со стороны мембраны и по центру фиксатора с глубиной, величина которой не менее расстояния между мембраной и катодом и составляет не более 3 мм, фиксатор имеет два отверстия для ввода и вывода исследуемой среды, а площадь поверхности мембраны больше площади поверхности катода.The specified technical result is achieved by the fact that the utility model contains an electrically non-conductive housing, in which an anode and a cathode with down conductors are located, fixed to oxygen, a membrane permeable to oxygen, separating the anode and cathode from the test medium, and a retainer holding the membrane, one side which is located in close proximity to the cathode, and its other side is located from the studied medium, the current source and means for measuring the electric current between the anode and cathode, the housing is made n detachable and consisting of three parts, one of which is central, which has a cylindrical cavity, on one side of the central part of the housing there is a lid with an opening for introducing electrolyte, connected to a rod located inside the central part of the housing indented from the cavity walls and having an electrode system containing a cathode, which is made in the form of a metal coating in the form of a continuous circle at the end of a cylindrical rod, the side surface of the rod has a reference electrode made in the form of metal coating, the surface area of which is not less than 10 times the surface area of the cathode, from which the reference electrode is separated by a porous spacer, and the retainer holding the membrane is made with a recess for filling it with the test medium located on the side of the membrane and in the center of the retainer with depth , the value of which is not less than the distance between the membrane and the cathode and is no more than 3 mm, the latch has two holes for input and output of the test medium, and the membrane surface area is larger than the surface area cathode.
Указанный технический результат достигается также тем, что стержень полезной модели имеет цилиндрическую, конусообразную или иную форму, обеспечивающую наличие пространства между цилиндрической полостью центральной части корпуса и стержнем для его заполнения электролитом.The specified technical result is also achieved by the fact that the rod of the utility model has a cylindrical, cone-shaped or other shape, providing space between the cylindrical cavity of the central part of the housing and the rod for filling it with electrolyte.
Помимо этого, указанный технический результат достигается тем, что корпус полезной модели выполнен из термостойкого материала.In addition, the specified technical result is achieved by the fact that the housing of the utility model is made of heat-resistant material.
Кроме этого, указанный технический результат достигается тем, что корпус полезной модели выполнен из материала, устойчивого к высоким давлениям.In addition, the specified technical result is achieved in that the housing of the utility model is made of a material resistant to high pressures.
Помимо того, указанный технический результат достигается тем, что площадь поверхности мембраны больше площади поверхности катода не более, чем в два раза.In addition, the specified technical result is achieved in that the surface area of the membrane is not more than twice the surface area of the cathode.
Вместе с тем, указанный технический результат достигается тем, что фиксатор полезной модели имеет отверстие для ввода исследуемой среды, расположенное по его центру.However, the specified technical result is achieved by the fact that the fixture of the utility model has a hole for inputting the test medium, located in its center.
Работа предлагаемой полезной модели проиллюстрирована на Фиг.1-4The work of the proposed utility model is illustrated in Fig.1-4
На Фиг.1 представлена схема заявляемой полезной модели.Figure 1 presents a diagram of the inventive utility model.
На Фиг.2 представлены зависимости тока от времени, используемые для нахождения полного количества электричества, полученные экспериментально по результатам испытания заявленной полезной модели. По оси абсцисс - время в секундах, по оси ординат - ток в микроамперах.Figure 2 presents the dependence of current on time, used to find the full amount of electricity, obtained experimentally from the test results of the claimed utility model. The abscissa is the time in seconds, the ordinate is the current in microamps.
На Фиг.3 представлены зависимости логарифма отношения тока к начальному току от времени, необходимые для расчета кулонометрической константы и нахождения полного количества электричества, полученные экспериментально по результатам испытания заявленной полезной модели. По оси абсцисс - время в секундах, по оси ординат - логарифм отношения тока к начальному току.Figure 3 presents the dependence of the logarithm of the ratio of current to initial current on time, necessary for calculating the coulometric constant and finding the total amount of electricity, obtained experimentally from the test results of the claimed utility model. On the abscissa axis is the time in seconds, on the ordinate axis is the logarithm of the ratio of current to initial current.
На Фиг.4 представлена зависимость начального тока от концентрации, полученная экспериментально по результатам испытания заявленной полезной модели. По оси абсцисс - концентрация кислорода в миллиграммах на литр, а по оси ординат - начальный ток в микроамперах.Figure 4 presents the dependence of the initial current on concentration, obtained experimentally according to the test results of the claimed utility model. The abscissa is the oxygen concentration in milligrams per liter, and the ordinate is the initial current in microamps.
Представленная на Фиг.1 схема заявленной полезной модели включает электрически непроводящий корпус (1), в котором расположены фиксировано по отношению друг к другу анод (2) и катод (3) с токоотводами (4), и проницаемая для кислорода мембрана (5), отделяющая анод (2) и катод (3) от исследуемой среды (6), и фиксатор (7), удерживающий мембрану (5) одной стороной в непосредственной близости от катода (3), а другой стороной от исследуемой среды (б), источник тока и средство для измерения электрического тока между анодом и катодом (8). Корпус (1) выполнен разъемным и состоящим из трех частей, одна из которых (9) центральная и имеет цилиндрическую полость, с одной стороны которой расположена крышка (10) с отверстием для ввода электролита (11), соединенная со стержнем (12), расположенным внутри центральной части корпуса с отступом от стенок полости и имеющим систему электродов, содержащую катод (3), который выполнен в виде металлического покрытия в форме сплошного круга на торце стержня (12), боковая поверхность стержня (12) имеет электрод сравнения (13), выполненный в виде металлического покрытия, площадь поверхности которого не менее чем в 10 раз больше площади поверхности катода (3), от которого электрод сравнения (13) отделен пористой прокладкой (14), а фиксатор (7), удерживающий мембрану (5), выполнен с углублением для заполнения его исследуемой средой (6), расположенным со стороны мембраны (5) и по центру фиксатора (7) с глубиной, величина которой не менее расстояния между мембраной (5) и катодом (3) и составляет не более 3 мм, фиксатор (7) имеет два отверстия (15 и 16) для ввода и вывода исследуемой среды, а площадь поверхности мембраны (5) больше площади поверхности катода (3).The scheme of the claimed utility model shown in FIG. 1 includes an electrically non-conductive housing (1), in which an anode (2) and a cathode (3) with down conductors (4) are fixed, and a membrane permeable to oxygen (5), separating the anode (2) and cathode (3) from the test medium (6), and the retainer (7) holding the membrane (5) on one side in the immediate vicinity of the cathode (3), and the other side from the test medium (b), source current and means for measuring electric current between the anode and cathode (8). The housing (1) is made detachable and consists of three parts, one of which (9) is central and has a cylindrical cavity, on one side of which there is a lid (10) with an opening for introducing electrolyte (11), connected to a rod (12) located inside the central part of the housing indented from the walls of the cavity and having an electrode system containing a cathode (3), which is made in the form of a metal coating in the form of a solid circle at the end of the rod (12), the side surface of the rod (12) has a reference electrode (13), made in the form of metal coating, the surface area of which is not less than 10 times the surface area of the cathode (3), from which the reference electrode (13) is separated by a porous gasket (14), and the retainer (7) holding the membrane (5) is made with a recess for filling it with a test medium (6) located on the side of the membrane (5) and in the center of the fixator (7) with a depth not less than the distance between the membrane (5) and the cathode (3) and not more than 3 mm, the fixative (7 ) has two holes (15 and 16) for input and output of the test medium, and the membrane surface area (5 ) is larger than the cathode surface area (3).
Работа заявляемой полезной модели осуществляется следующим образом: в отверстие (11) заливается электролит, через отверстие (13) в полость в фиксаторе (7) подается исследуемая среда (6). Через токоотводы (4) к электродной системе устройства подключается источник тока и средство для измерения электрического тока между анодом и катодом (8). С источника тока на катод (3) подается напряжение, кислород из исследуемого раствора (6) начинает диффундировать через мембрану (5) к катоду (3). С помощью средства для измерения электрического тока между анодом и катодом снимают показания тока от времени, с использованием которого затем определяют концентрацию кислорода в исследуемой среде.The operation of the claimed utility model is carried out as follows: an electrolyte is poured into the hole (11), and the test medium (6) is supplied through the hole (13) into the cavity in the retainer (7). A current source and means for measuring the electric current between the anode and cathode (8) are connected to the electrode system of the device through down conductors (4). Voltage is supplied from the current source to the cathode (3), oxygen from the test solution (6) begins to diffuse through the membrane (5) to the cathode (3). Using means for measuring the electric current between the anode and cathode, current readings are taken against time, with which the oxygen concentration in the test medium is then determined.
Апробация заявляемой полезной модели осуществлялась на лабораторной базе Санкт-Петербургского государственного университета в режиме реального времени с использованием готовой модели устройства, схема которого представлена на Фиг.1.Testing of the claimed utility model was carried out at the laboratory base of St. Petersburg State University in real time using a ready-made model of the device, a diagram of which is presented in Figure 1.
Ниже приведены примеры конкретной реализации предлагаемой полезной модели с оптимально подобранными условиями эксперимента, по результатам которых подобрано оптимальное расстояние между катодом и мембраной, составляющее не более 3 мм, и оптимальное соотношение размеров мембраны и площади поверхности катода (площадь поверхности мембраны больше площади поверхности катода не более, чем в два раза) для выполнения соотношения площади катода и объема исследуемого раствора, которое позволило бы уменьшить время отклика устройства.The following are examples of a specific implementation of the proposed utility model with optimally selected experimental conditions, according to the results of which the optimal distance between the cathode and the membrane is not more than 3 mm, and the optimal ratio of the size of the membrane and the surface area of the cathode (the membrane surface area is larger than the cathode surface area is not more than than twice) to fulfill the ratio of the cathode area and the volume of the test solution, which would reduce the response time of the device.
Конкретные примеры реализации представлены по результатам апробации заявляемого устройства на исследуемых средах с разной концентрацией кислорода.Specific examples of implementation are presented according to the results of testing the inventive device on the studied media with different oxygen concentrations.
Пример 1.Example 1
В качестве исследуемого раствора была взята деионизованная вода, насыщенная кислородом. В качестве электролита использовался 1М раствор хлорида калия (KCl). Измерения проводились на стенде, включающем полезную модель, а также любое пробоотборное средство (в конкретном примере испытаний заявленной полезной модели использовался насос) и кислородомер (АКПМ-02) для сравнения получаемых результатов с заданными значениями. С помощью насоса исследуемая среда подавалась через отградуированный кислородомер АКПМ-02, замеряющий реальную концентрацию кислорода в растворе, на испытуемую модель (Фиг.1). В течение 30 мин. через устройство прокачивалась анализируемый раствор без подачи напряжения, после чего останавливался поток; на катод с помощью потенциостата подавалось напряжение - 0,7 В и с помощью потенциостата и регистрирующего устройства снимались зависимости тока от времени (10 мин) и замерялся начальный ток для расчетов полного количества электричества. Повторные измерения (требовалось от 3 до 5 измерений) проводились после 10 минут прокачивания этого же раствора через устройство до тех пор, пока не была достигнута воспроизводимость полученных данных, соответствующая зависимость которых изображена на Фиг.2 и Фиг.3.Deionized water saturated with oxygen was taken as the test solution. As an electrolyte, a 1M solution of potassium chloride (KCl) was used. The measurements were carried out on a bench including a utility model, as well as any sampling device (a pump was used in a specific test example of the claimed utility model) and an oxygen meter (AKPM-02) to compare the results with the given values. Using the pump, the test medium was supplied through a calibrated oxygen meter AKPM-02, measuring the actual concentration of oxygen in the solution, to the test model (Figure 1). Within 30 minutes the analyzed solution was pumped through the device without applying voltage, after which the flow stopped; A voltage of 0.7 V was applied to the cathode using a potentiostat and the time versus current (10 min) were taken using a potentiostat and a recording device and the initial current was measured to calculate the total amount of electricity. Repeated measurements (from 3 to 5 measurements were required) were carried out after 10 minutes of pumping the same solution through the device until reproducibility of the obtained data was achieved, the corresponding dependence of which is shown in Figure 2 and Figure 3.
Пример 2.Example 2
В качестве исследуемого раствора был взят раствор сульфита натрия (Na2SO3) с концентрацией 2,5 г/л. В качестве электролита использовался 1М раствор хлорида калия (KCl). Измерения проводились на стенде, включающем заявляемую полезную модель, а также любое пробоотборное средство (в конкретном примере испытаний заявленного устройства использовался насос) и кислородомер (АКПМ-02) для сравнения получаемых результатов с заданными значениями. С помощью насоса исследуемая среда подавалась через отградуированный кислородомер АКПМ-02, замеряющий реальную концентрацию кислорода в растворе, на устройство (Фиг.1). В течение 30 мин. через полезную модель прокачивался анализируемый раствор без подачи напряжения, после чего останавливался поток; на катод с помощью потенциостата подавалось напряжение - 0,7 B и с помощью потенциостата и регистрирующего устройства снимались зависимости тока от времени (10 мин) и замерялся начальный ток для расчетов полного количества электричества. Повторные измерения (требовалось от 3 до 5 измерений) проводились после 10 минут прокачивания этого же раствора через заявляемую полезную модель до тех пор, пока не была достигнута воспроизводимость полученных данных, соответствующая зависимость которых изображена на Фиг.2 и Фиг.3.A solution of sodium sulfite (Na 2 SO 3 ) with a concentration of 2.5 g / L was taken as the test solution. As an electrolyte, a 1M solution of potassium chloride (KCl) was used. The measurements were carried out on a bench including the claimed utility model, as well as any sampling means (a pump was used in a specific test example of the claimed device) and an oxygen meter (AKPM-02) to compare the results with the given values. Using the pump, the test medium was supplied through a calibrated oxygen meter AKPM-02, measuring the actual concentration of oxygen in the solution, to the device (Figure 1). Within 30 minutes the analyzed solution was pumped through the utility model without applying voltage, after which the flow stopped; A voltage of 0.7 V was applied to the cathode using a potentiostat, and using a potentiostat and a recording device, the current versus time (10 min) was taken and the initial current was measured to calculate the total amount of electricity. Repeated measurements (from 3 to 5 measurements were required) were carried out after 10 minutes of pumping the same solution through the inventive utility model until reproducibility of the obtained data was achieved, the corresponding dependence of which is shown in Figure 2 and Figure 3.
Пример 3.Example 3
В качестве исследуемого раствора был взят раствор сульфита натрия (Na2SO3) с концентрацией 5 г/л. В качестве электролита использовался 1М раствор хлорида калия (KCl). Измерения проводились на стенде, включающем заявленную полезную модель, а также любое пробоотборное средство (в конкретном примере испытания заявленного устройства использовался насос) и кислородомер (АКПМ-02) для сравнения получаемых результатов с заданными значениями. С помощью насоса исследуемая среда подавалась через отградуированный кислородомер АКПМ-02, замеряющий реальную концентрацию кислорода в растворе, на полезную модель (Фиг.1). В течение 30 мин через нее прокачивалась анализируемый раствор без подачи напряжения, после чего останавливался поток; на катод с помощью потенциостата подавалось напряжение - 0,7 B и с помощью потенциостата и регистрирующего устройства снимались зависимости тока от времени (10 мин) и замерялся начальный ток для расчетов полного количества электричества. Повторные измерения (требовалось от 3 до 5 измерений) проводились после 10 минут прокачивания этого же раствора через полезную модель до тех пор, пока не была достигнута воспроизводимость полученных данных, соответствующая зависимость которых изображена на Фиг.2 и Фиг.3.A solution of sodium sulfite (Na 2 SO 3 ) with a concentration of 5 g / l was taken as the test solution. As an electrolyte, a 1M solution of potassium chloride (KCl) was used. The measurements were carried out on a bench including the claimed utility model, as well as any sampling device (a pump was used in a specific example of testing the claimed device) and an oxygen meter (AKPM-02) to compare the results with the given values. Using the pump, the test medium was supplied through a calibrated oxygen meter AKPM-02, measuring the actual concentration of oxygen in the solution, to a utility model (Figure 1). For 30 min, the analyzed solution was pumped through it without applying voltage, after which the flow stopped; A voltage of 0.7 V was applied to the cathode using a potentiostat, and using a potentiostat and a recording device, the current versus time (10 min) was taken and the initial current was measured to calculate the total amount of electricity. Repeated measurements (from 3 to 5 measurements were required) were carried out after 10 minutes of pumping the same solution through a utility model until reproducibility of the obtained data was achieved, the corresponding dependence of which is shown in Fig.2 and Fig.3.
Пример 4.Example 4
В качестве исследуемого раствора был взят раствор сульфита натрия (Na2SO3) с концентрацией 7,5 г/л. В качестве электролита использовался 1 М раствор хлорида калия (KCl). Измерения проводились на стенде, включающем заявляемую полезную модель, а также любое пробоотборное средство (в конкретном примере испытания заявленной полезной модели использовался насос) и кислородомер (АКПМ-02) для сравнения получаемых результатов с заданными значениями. С помощью насоса исследуемая среда подавалась через отградуированный кислородомер АКПМ-02, замеряющий реальную концентрацию кислорода в растворе, на полезную модель (Фиг.1). В течение 30 мин через нее прокачивался анализируемый раствор без подачи напряжения, после чего останавливался поток; на катод с помощью потенциостата подавалось напряжение - 0,7 B и с помощью потенциостата и регистрирующего устройства снимались зависимости тока от времени (10 мин) и замерялся начальный ток для расчетов полного количества электричества. Повторные измерения (требовалось от 3 до 5 измерений) проводились после 10 минут прокачивания этого же раствора через заявляемую полезную модель до тех пор, пока не была достигнута воспроизводимость полученных данных, соответствующая зависимость которых изображена на Фиг.2 и Фиг.3.A solution of sodium sulfite (Na 2 SO 3 ) with a concentration of 7.5 g / l was taken as the test solution. As an electrolyte, a 1 M solution of potassium chloride (KCl) was used. The measurements were carried out on a bench including the claimed utility model, as well as any sampling means (in the specific example of testing the claimed utility model, a pump was used) and an oxygen meter (AKPM-02) to compare the results with the given values. Using the pump, the test medium was supplied through a calibrated oxygen meter AKPM-02, measuring the actual concentration of oxygen in the solution, to a utility model (Figure 1). For 30 min, the analyzed solution was pumped through it without applying voltage, after which the flow stopped; A voltage of 0.7 V was applied to the cathode using a potentiostat, and using a potentiostat and a recording device, the current versus time (10 min) was taken and the initial current was measured to calculate the total amount of electricity. Repeated measurements (from 3 to 5 measurements were required) were carried out after 10 minutes of pumping the same solution through the inventive utility model until reproducibility of the obtained data was achieved, the corresponding dependence of which is shown in Figure 2 and Figure 3.
Результаты, полученные в примерах 1-4, представлены в виде зависимостей тока от времени на Фиг.2 и Фиг.3 и в виде зависимости начальных токов от концентраций кислорода, представленной на Фиг.4.The results obtained in examples 1-4 are presented in the form of dependences of the current on time in FIG. 2 and FIG. 3 and in the form of the dependence of the initial currents on the oxygen concentrations shown in FIG. 4.
Для доказательства точности и достоверности определения концентрации кислорода заявленной полезной модели, были проведены дополнительные исследования известными (традиционными) способами определения концентрации кислорода на основе определения полного количества электричества, по сравнению с полученными в результате апробации устройства (примеры 1-4).To prove the accuracy and reliability of determining the oxygen concentration of the claimed utility model, additional studies were carried out using known (traditional) methods for determining the oxygen concentration based on determining the total amount of electricity, compared with those obtained as a result of testing the device (examples 1-4).
Полное количество электричества, связанное с концентрацией кислорода в исследуемой среде, может быть найдено известными традиционными двумя способами. Ниже приведено краткое пояснение каждого из них для того, чтобы сравнить полученные с использованием заявленной полезной модели результаты конкретной апробации в реальном времени измерений и показать ее преимущество по сравнению с аналогами.The total amount of electricity associated with the concentration of oxygen in the test medium can be found by known two traditional methods. Below is a brief explanation of each of them in order to compare the results obtained using the claimed utility model of the specific testing in real time measurements and show its advantage compared to analogues.
Один из этих способов основан на нахождении полного количества электричества интегрирования тока по времени. Такой вариант измерений наиболее точен, но длителен во времени, поскольку требует 99%-го превращения вещества. Точность измерений при этом составляет 1%.One of these methods is based on finding the total amount of electricity integrating current over time. This type of measurement is most accurate, but time-consuming, since it requires 99% conversion of the substance. The measurement accuracy is 1%.
Второй способ основан на нахождении полного количества электричества по формуле Мейтса:The second method is based on finding the full amount of electricity according to the Mates formula:
где Q1, Q2, Q3 - количество электричества, затраченное к моменту времени t1, t2, t3 соответственно при условии t2-t1=t3-t2. Q1, Q2 и Q3 находят частичным интегрированием кривых на заданных отрезках времени. Такой способ более экспрессный, чем первый, поскольку не требует полного и окончательного прохождения реакции. Однако он достаточно длительный, поскольку требует не менее трех измерений для расчета полного количества электричества по формуле (1).where Q 1 , Q 2 , Q 3 - the amount of electricity consumed at time t 1 , t 2 , t 3, respectively, provided t 2 -t 1 = t 3 -t 2 . Q 1 , Q 2 and Q 3 are found by partial integration of the curves at given time intervals. This method is more rapid than the first, because it does not require a complete and final passage of the reaction. However, it is quite long, because it requires at least three measurements to calculate the total amount of electricity according to formula (1).
Для определения концентрации кислорода в исследуемой среде требуется измеренное заявленной полезной моделью полное количество электричества по формуле:To determine the concentration of oxygen in the test medium, the total amount of electricity measured by the claimed utility model is required by the formula:
Предлагаемая полезная модель не требует временных затрат, для ее реализации необходимо только предварительное нахождение кулонометрической константы, которая может быть найдена графическим путем из зависимости логарифма отношения тока к начальному току от времени, изображенной на Фиг.3.The proposed utility model does not require time-consuming, for its implementation it is only necessary to preliminary find the coulometric constant, which can be found graphically from the dependence of the logarithm of the ratio of current to initial current on time, shown in Figure 3.
Результаты дополнительных испытаний, представленных на приведенной таблице, подтверждают указанный технический результат, достигаемый заявленной полезной моделью, в том числе, повышение точности определения концентрации кислорода в сравнении с известными аналогами.The results of additional tests presented on the table confirm the indicated technical result achieved by the claimed utility model, including an increase in the accuracy of determining the oxygen concentration in comparison with known analogues.
В таблице представлены результаты апробации заявленной полезной модели: в первом столбце приведены номера конкретных примеров; во втором столбце приведены концентрации растворенного кислорода, полученные экспериментально с помощью АКПМ-02; в третьем и четвертом и столбцах приведены концентрации кислорода, рассчитанные описанными традиционными известными двумя способами; в пятом и шестом столбцах приведены начальные токи для разных концентраций кислорода и кулонометрические константы для заявляемой полезной модели, полученные при апробации; в седьмом столбце приведены концентрации кислорода, рассчитанные на основе экспериментальных данных, полученных при апробации предлагаемой полезной модели. В последнем столбце приведены средние отклонения значений концентраций кислорода, полученных на заявляемой полезной модели, от заданных значений.The table shows the results of testing the claimed utility model: the first column shows the numbers of specific examples; the second column shows the concentrations of dissolved oxygen obtained experimentally with AKPM-02; in the third and fourth and columns are the oxygen concentrations calculated by the described traditional known two methods; the fifth and sixth columns show the initial currents for different oxygen concentrations and coulometric constants for the claimed utility model obtained by testing; the seventh column shows the oxygen concentration calculated on the basis of experimental data obtained by testing the proposed utility model. The last column shows the average deviations of the values of oxygen concentrations obtained on the claimed utility model from the given values.
Технико-экономическая эффективность заявленной полезной модели состоит в сокращении времени анализа и уменьшении трудоемкости, удешевлении в целом устройства и его эксплуатации по сравнению с известными аналогами, а также в повышении точности и чувствительности определения концентрации растворенного кислорода в растворах в автоматическом режиме, что делает заявленную полезную модель особенно ценной при решении аналитических задач в широкой области науки при анализе различных объектов, в промышленности при контроле технологических растворов, природных и сточных вод, технических вод пищевой промышленности (в частности, при производстве пива и безалкогольных напитков), в медицине (при исследовании уровня кислорода в тканях) и других отраслях. Список использованной литературы.The technical and economic efficiency of the claimed utility model consists in shortening the analysis time and reducing labor costs, reducing the cost of the device as a whole and its operation in comparison with the known analogues, as well as in increasing the accuracy and sensitivity of determining the concentration of dissolved oxygen in solutions in automatic mode, which makes the claimed useful the model is especially valuable when solving analytical problems in a wide field of science when analyzing various objects, in industry when technologically controlled solutions, natural and waste waters, industrial waters food industry (particularly in the production of beer and soft drinks), in medicine (at an oxygen level study in tissue) and other industries. List of used literature.
1. Патент DE 2514997 G01N 27/58 (14.10.1976)1. Patent DE 2514997 G01N 27/58 (10/14/1976)
2. Патент GB 2127977 A G01N 27/49 (18.04.1984)2. Patent GB 2127977 A G01N 27/49 (04/18/1984)
3. Патент US. №7208071 G01N 27/404 (24.04.2007)3. US patent. No. 7208071 G01N 27/404 (04.24.2007)
4. Патент US №2913386 G01N 27/49 (17.11.1959) - прототип4. US patent No. 2913386 G01N 27/49 (11/17/1959) - prototype
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011133791/28U RU111671U1 (en) | 2011-08-12 | 2011-08-12 | OXYGEN SENSOR |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011133791/28U RU111671U1 (en) | 2011-08-12 | 2011-08-12 | OXYGEN SENSOR |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU111671U1 true RU111671U1 (en) | 2011-12-20 |
Family
ID=45404805
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011133791/28U RU111671U1 (en) | 2011-08-12 | 2011-08-12 | OXYGEN SENSOR |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU111671U1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2614348C1 (en) * | 2015-11-10 | 2017-03-24 | Акционерное Общество Научно-Производственное Объединение "Нэмп" | Polarographic oxygen sensor |
-
2011
- 2011-08-12 RU RU2011133791/28U patent/RU111671U1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2614348C1 (en) * | 2015-11-10 | 2017-03-24 | Акционерное Общество Научно-Производственное Объединение "Нэмп" | Polarographic oxygen sensor |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US3505195A (en) | Electrode system for electro-chemical measurements in solutions | |
| Lindner et al. | Switched wall jet for dynamic response measurements | |
| CA3003489C (en) | Pulsed potential gas sensors | |
| Jin et al. | Assay of glutathione in individual mouse peritoneal macrophages by capillary zone electrophoresis with electrochemical detection | |
| DE102011113941B4 (en) | Electrochemical electrode | |
| RU111671U1 (en) | OXYGEN SENSOR | |
| US5273631A (en) | Method for continuously determining concentration of chloride ions and bromide ions contained in serum | |
| CN107314999B (en) | Liquid cathode glow discharge spectral analysis method based on multiple linear regression method | |
| RU2469306C1 (en) | Apparatus for determining concentration of oxygen in aqueous and gaseous media | |
| US4409069A (en) | Method of determining sulfur dioxide in gases and apparatus therefor | |
| RU2532139C1 (en) | Method to measure oxygen in gas media | |
| US20060163088A1 (en) | Amperometric sensor with counter electrode isolated from fill solution | |
| US20220229016A1 (en) | Systems and methods for analyte determination | |
| CN104483368B (en) | Portable electrolyte analysis device with blood sampling micro-needle array | |
| RU190893U1 (en) | CELL FOR SPECTROPHOTOMETRY OF ELECTROLYTES IN THE PROCESS OF ELECTROCHEMICAL RESEARCHES | |
| RU2391654C1 (en) | Flow-through ionometre cell | |
| JP2007047135A (en) | Gel electrolyte of polarograph type electrode, and preparing method | |
| KR20030052749A (en) | Hydrogen permeation instrument for steel sheet | |
| RU2815787C1 (en) | Voltammetric method for quantitative determination of prednisone in blood serum | |
| Bulut | Simultaneous square-wave voltammetric determination of acetazolamide and theophylline in pharmaceutical formulations | |
| Herrmann et al. | Miniaturized sensor module for in-situ control of waters | |
| RU191013U9 (en) | Amperometric sensor for measuring the concentration of flammable gases and their humidity | |
| US20240125727A1 (en) | Electrochemical measurement with additional reference measurement | |
| CN210487673U (en) | Quick COD detection device | |
| Baumberger et al. | Hydrogen electrode half-cell in polarography |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20200813 |