RU111672U1

RU111672U1 - ELECTROCHEMICAL SENSOR

Info

Publication number: RU111672U1
Application number: RU2011130468/28U
Authority: RU
Inventors: Сергей Александрович Литвинов
Priority date: 2011-07-21
Filing date: 2011-07-21
Publication date: 2011-12-20

Abstract

Полезная модель относится к оборудованию для электрохимического анализа и может быть использована, например, в контрольных и испытательных лабораториях при проведении инверсионно-вольтамперометрических определений содержания токсичных металлов в пищевых продуктах и продовольственном сырье, в питьевых, природных и сточных водах и т.д. В электрохимический датчик, включающий привод, первый вертикально расположенный вал, выполненный с возможностью вращения и подключенный к приводу, рабочий электрод, второй вертикально расположенный вал, выполненный с возможностью вращения относительно первого вала, первый, второй и третий соединители для подключения к внешнему устройству, вспомогательный электрод, являющийся корпусом аналитической ячейки, подключенный ко второму соединителю, электрод сравнения, подключенный к третьему соединителю, введен дополнительно гибкий контакт. Второй вертикально расположенный вал размещен на нижнем конце первого вертикально расположенного вала так, что оси вращения первого и второго валов параллельны и смещены, рабочий электрод укреплен на нижнем конце второго вала, к которому подключен гибкий контакт, соединяющий его с первым соединителем. Введение дополнительных элементов и предлагаемое размещение элементов обеспечивают стабильность и низкое сопротивление цепи коммутации рабочего электрода, повышение точности, правильности и прецизионности электрохимического определения. The utility model relates to equipment for electrochemical analysis and can be used, for example, in control and testing laboratories when performing inversion voltammetric determinations of the content of toxic metals in food products and food raw materials, in drinking, natural and waste waters, etc. An electrochemical sensor including a drive, a first vertically located shaft rotatably connected to the drive, a working electrode, a second vertically located shaft rotatable relative to the first shaft, first, second and third connectors for connecting to an external device, auxiliary an electrode, which is the body of the analytical cell, connected to the second connector, a reference electrode connected to the third connector, an additional flexible circuit is introduced t. The second vertically located shaft is placed on the lower end of the first vertically located shaft so that the axis of rotation of the first and second shafts are parallel and offset, the working electrode is mounted on the lower end of the second shaft, to which a flexible contact is connected, connecting it to the first connector. The introduction of additional elements and the proposed placement of elements provide stability and low resistance of the switching circuit of the working electrode, increasing the accuracy, correctness and precision of the electrochemical determination.

Description

Полезная модель относится к оборудованию для электрохимического анализа и может быть использована, например, в контрольных и испытательных лабораториях при проведении инверсионно-вольтамперометрических определений содержания токсичных металлов в пищевых продуктах и продовольственном сырье, в питьевых, природных и сточных водах и т.д.The utility model relates to equipment for electrochemical analysis and can be used, for example, in control and testing laboratories when performing inversion voltammetric determinations of the content of toxic metals in food products and food raw materials, in drinking, natural and waste waters, etc.

Известен полярографический датчик, содержащий корпус, выполненный в виде стакана и стационарные электроды из стеклоуглерода, утопленные в вогнутое дно (патент РФ №2315989, МПК (2006.01) G01N 27/48). К недостаткам таких устройств можно отнести отсутствие перемешивания исследуемого раствора, что снижает эффективность накопления определяемого вещества на рабочем (индикаторном) электроде в инверсионно-вольтамперометрическом анализе.Known polarographic sensor containing a housing made in the form of a glass and stationary electrodes of glassy carbon, recessed into the concave bottom (RF patent No. 2315989, IPC (2006.01) G01N 27/48). The disadvantages of such devices include the lack of mixing of the test solution, which reduces the efficiency of the accumulation of the analyte on the working (indicator) electrode in the inversion voltammetric analysis.

Известна трехэлектродная ячейка с мешалкой и неподвижным рабочим электродом из платины или стеклоуглерода, зафиксированным внутри ячейки, вспомогательным электродом и электродом сравнения, в которой перемешивание раствора осуществляется стеклянной мешалкой пропеллерного типа, расположенной над рабочим электродом (Некрасов Л.Н., Хомченко Т.Н., Алексеев В.Н., Графов Б.М., Мартемьянов С.А. Электрохимическая ячейка с механической мешалкой и неподвижным рабочим электродом как прибор для исследования турбулентного шума и стационарных поляризационных характеристик электродных процессов // Электрохимия, 1999. - Т.35. - №9 - с.1097-1104). К недостаткам таких устройств можно отнести отсутствие у поверхности неподвижного рабочего электрода свойства равнодоступности в диффузионном отношении в ламинарных режимах перемешивания раствора и возникновение турбулентного шума в турбулентных режимах.A three-electrode cell with a stirrer and a stationary working electrode of platinum or glassy carbon fixed inside the cell, an auxiliary electrode and a reference electrode, in which the solution is mixed by a propeller-type glass mixer located above the working electrode (Nekrasov L.N., Khomchenko T.N. , Alekseev V.N., Grafov B.M., Martemyanov S.A. Electrochemical cell with a mechanical stirrer and a stationary working electrode as a device for studying turbulent noise and stationary polarities tion characteristics of electrode processes // Electrochemistry, 1999. - T.35. - No. 9 - p.1097-1104). The disadvantages of such devices include the absence of the diffusivity property of equal accessibility at the surface of the stationary working electrode in the laminar mixing modes of the solution and the occurrence of turbulent noise in turbulent modes.

Известен электрохимический датчик вольтамперометрического анализатора и устройство для перемешивания раствора электрохимической ячейки (патент РФ №2129713, МПК(6) G01N 27/48, 1998 г.), содержащий электромагнитную катушку с сердечником, генератор импульсов и подвижный вибратор, механически связанный с индикаторным электродом, постоянный магнит, закрепленный на подвижном вибраторе, и схему формирования обратной связи, выход которой соединен с входом генератора импульсов, выход которого соединен с входом схемы формирования обратной связи и электромагнитной катушкой. К недостаткам устройства можно отнести меньшую повторяемость, чувствительность и правильность вольтамперометрических измерений по сравнению с ячейками с вращающимися электродами (см. Каминская О.В., Десятов В.А., Захарова В.А., Слепченко Г.Б. «Сравнительное изучение вольтамперометрического поведения микроколичеств Zn, Cd, Pb и Сu на вибрирующем и вращающемся ртутных пленочных электродах». Заводская лаборатория. Диагностика материалов. - 2003. - Т.69. - №9.).Known electrochemical sensor voltammetric analyzer and a device for mixing a solution of an electrochemical cell (RF patent №2129713, IPC (6) G01N 27/48, 1998), containing an electromagnetic coil with a core, a pulse generator and a movable vibrator mechanically connected to the indicator electrode, a permanent magnet mounted on a movable vibrator, and a feedback generating circuit, the output of which is connected to an input of a pulse generator, the output of which is connected to an input of a feedback generating circuit and an electric magnetic coil. The disadvantages of the device include less repeatability, sensitivity and correctness of voltammetric measurements compared to cells with rotating electrodes (see Kaminskaya OV, Desyatov V.A., Zakharova V.A., Slepchenko GB "Comparative study of voltammetric the behavior of the trace amounts of Zn, Cd, Pb, and Cu on vibrating and rotating mercury film electrodes. ”Factory laboratory. Diagnostics of materials. - 2003. - T.69. - No. 9.).

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для вольтамперометрического анализа с твердым рабочим электродом (патент РФ №2069360, МПК(6) G01N 27/48, G01N 27/28 1996 г.), включающее привод, вертикально расположенный первый вал, выполненный с возможностью вращения, на нижнем конце которого укреплен рабочий электрод, второй вертикально расположенный вал, выполненный с возможностью вращения, электрод сравнения, вспомогательный электрод, аналитическую ячейку, соединители для подключения к внешним устройствам, причем, рабочий электрод соединен через скользящий контакт со входом соответствующего соединителя.Closest to the proposed is a device for voltammetric analysis with a solid working electrode (RF patent No. 2069360, IPC (6) G01N 27/48, G01N 27/28 1996), comprising a drive, a vertically arranged first shaft, made for rotation, on the lower end of which a working electrode is mounted, a second vertically arranged shaft rotatably, a reference electrode, an auxiliary electrode, an analytical cell, connectors for connecting to external devices, and the working electrode is connected through Without a sliding contact with the input of the corresponding connector.

Недостатками этого устройства является возникновение шумов и нестабильность сопротивления в цепи рабочего электрода при его вращении, которые, проявляясь в процессе электронакопления, приводят к нестабильности регистрируемого аналитического сигнала и, как следствие, к снижению точности, правильности и прецизионности результатов определения.The disadvantages of this device are the occurrence of noise and instability of resistance in the circuit of the working electrode during its rotation, which, manifested in the process of electron accumulation, lead to instability of the recorded analytical signal and, as a result, to a decrease in the accuracy, correctness and precision of the determination results.

Технической задачей предлагаемого решения является разработка устройства, сочетающего преимущества стационарного и/или вибрирующего электрода (отсутствие шумов скользящего контакта, стабильность и низкое сопротивление цепи коммутации индикаторного электрода) с преимуществами вращающегося электрода (равнодоступность поверхности электрода, эффективный массоперенос исследуемого раствора к поверхности электрода).The technical task of the proposed solution is to develop a device that combines the advantages of a stationary and / or vibrating electrode (lack of sliding contact noise, stability and low resistance of the switching circuit of the indicator electrode) with the advantages of a rotating electrode (equal accessibility of the electrode surface, effective mass transfer of the test solution to the electrode surface).

Поставленная техническая задача решается тем, что в электрохимический датчик, включающий привод, первый вертикально расположенный вал, выполненный с возможностью вращения и подключенный к приводу, рабочий электрод, второй вертикально расположенный вал, выполненный с возможностью вращения относительно первого вала, первый, второй и третий соединители для подключения к внешним устройствам, вспомогательный электрод, являющийся корпусом аналитической ячейки, подключенный ко второму соединителю, электрод сравнения, подключенный к третьему соединителю, введен дополнительно гибкий контакт. Второй вертикально расположенный вал размещен на нижнем конце первого вертикально расположенного вала так, что оси вращения первого и второго валов параллельны и смещены, рабочий электрод укреплен на нижнем конце второго вала, к которому подключен гибкий контакт, соединяющий его с первым соединителем.The stated technical problem is solved in that in the electrochemical sensor comprising a drive, a first vertically arranged shaft rotatably connected to the drive, a working electrode, a second vertically located shaft rotatably relative to the first shaft, the first, second and third connectors for connecting to external devices, an auxiliary electrode, which is the body of the analytical cell, connected to the second connector, a reference electrode connected to the third mu connector, introduced an additional flexible contact. The second vertically located shaft is placed on the lower end of the first vertically located shaft so that the axis of rotation of the first and second shafts are parallel and offset, the working electrode is mounted on the lower end of the second shaft, to which a flexible contact is connected, connecting it to the first connector.

Функциональная схема предлагаемого электрохимического датчика приведена на фигуре.Functional diagram of the proposed electrochemical sensor is shown in the figure.

Электрохимический датчик содержит привод 1, первый вертикально расположенный вал 2, второй вертикально расположенный вал 3, рабочий электрод 4, вспомогательный электрод 5, являющийся корпусом аналитической ячейки, электрод сравнения 6, гибкий контакт 7, первый 8, второй 9 и третий 10 соединители для подключения к внешнему устройству (на фиг. не обозначено). К приводу 1 подключен первый вертикально расположенный вал 2, выполненный с возможностью вращения, на нижнем конце которого размещен второй вертикально расположенный вал 3, также выполненный с возможностью вращения относительно первого вертикально расположенного вала 2, причем оси вращения валов параллельны и смещены. Второй вертикально расположенный вал 3 подключен через гибкий контакт 7 к первому соединителю 8 для подключения внешнего устройства. На нижнем конце второго вертикально расположенного вала 3 укреплен рабочий электрод 4, помещенный в аналитическую ячейку, корпусом которой служит вспомогательный электрод 5, подключенный ко второму соединителю 9. Электрод сравнения 6 также помещен в аналитическую ячейку и подключен к третьему соединителю 10 для подключения внешнего устройства.The electrochemical sensor contains a drive 1, a first vertically located shaft 2, a second vertically located shaft 3, a working electrode 4, an auxiliary electrode 5, which is the body of the analytical cell, a comparison electrode 6, flexible contact 7, the first 8, second 9 and third 10 connectors for connecting to an external device (not shown in FIG.). The drive 1 is connected to the first vertically located shaft 2, made for rotation, at the lower end of which is placed a second vertically located shaft 3, also made for rotation relative to the first vertically located shaft 2, and the axis of rotation of the shafts are parallel and offset. The second vertically located shaft 3 is connected through a flexible contact 7 to the first connector 8 for connecting an external device. At the lower end of the second vertically located shaft 3, a working electrode 4 is mounted, placed in an analytical cell, the casing of which is an auxiliary electrode 5 connected to the second connector 9. A comparison electrode 6 is also placed in the analytical cell and connected to the third connector 10 for connecting an external device.

В процессе анализа раствор с исследуемыми веществами помещается в аналитическую ячейку, корпусом которой служит вспомогательный электрод 5, так, чтобы нижние концы рабочего электрода 4 и электрода сравнения 6 были углублены в раствор. Анализ проводится, например, по методике инверсионно-вольтамперометрического определения (ГОСТ Р 51301-99. Продукты пищевые и продовольственное сырье. Инверсионно-вольтамперометрические методы определения содержания токсичных элементов (кадмия, свинца, меди и цинка). Москва. ИПК Издательство стандартов. 1999. с.29-30. п.10.3.). В процессе электронакопления исследуемых веществ на рабочем электроде 4 разность потенциалов подводится от внешнего устройства через первый соединитель 8, гибкий контакт 7, второй вал 3 к рабочему электроду 4 и через второй соединитель 9 и вспомогательный электрод 5 к раствору. Потенциал раствора относительно рабочего электрода 4 контролируется внешним устройством, подключенным через третий соединитель 10 к электроду сравнения 6 и через первый соединитель 8, гибкий контакт 7, второй вал 3 к рабочему электроду 4. Для увеличения эффективность массопереноса и накопления определяемого вещества на рабочем электроде 4 раствор перемешивается: привод 1 вращает первый вал 2, при этом ось второго вала 3, являющаяся параллельной и смещенной относительно оси первого вала 2, движется по окружности. Рабочий электрод 4, укрепленный на нижнем конце второго вала 3, также движется по окружности, перемешивая анализируемый раствор. Гибкий контакт 7, включенный между первым соединителем 8 и вторым валом 3, препятствует вращению второго вала 3 вокруг собственной оси и обеспечивает стабильность и низкое сопротивление цепи коммутации рабочего электрода, повышение точности, правильности и прецизионности электрохимического определения.During the analysis, the solution with the test substances is placed in the analytical cell, the housing of which is the auxiliary electrode 5, so that the lower ends of the working electrode 4 and the reference electrode 6 are deepened into the solution. The analysis is carried out, for example, by the method of inversion voltammetric determination (GOST R 51301-99. Food and food raw materials. Inversion voltammetric methods for determining the content of toxic elements (cadmium, lead, copper and zinc). Moscow. IPK Standards Publishing House. 1999. p. 29-30. p. 10.3.). In the process of electron accumulation of the studied substances on the working electrode 4, the potential difference is supplied from the external device through the first connector 8, flexible contact 7, the second shaft 3 to the working electrode 4 and through the second connector 9 and the auxiliary electrode 5 to the solution. The potential of the solution relative to the working electrode 4 is controlled by an external device connected through the third connector 10 to the comparison electrode 6 and through the first connector 8, flexible contact 7, the second shaft 3 to the working electrode 4. To increase the mass transfer efficiency and the accumulation of the analyte on the working electrode 4 solution mixes: the drive 1 rotates the first shaft 2, while the axis of the second shaft 3, which is parallel and offset relative to the axis of the first shaft 2, moves in a circle. The working electrode 4, mounted on the lower end of the second shaft 3, also moves in a circle, mixing the analyzed solution. A flexible contact 7, connected between the first connector 8 and the second shaft 3, prevents the rotation of the second shaft 3 around its own axis and provides stability and low resistance of the switching circuit of the working electrode, increasing the accuracy, correctness and precision of the electrochemical determination.

Claims

An electrochemical sensor including a drive, a first vertically located shaft rotatably connected to the drive, a second vertically located shaft rotatable, a working electrode, first, second and third connectors for connecting to an external device, an auxiliary electrode being a housing cell and connected to the second connector, a reference electrode connected to the third connector, characterized in that it additionally introduced a flexible contact connected to w To the other vertically located shaft and connecting it to the first connector, the second vertically located shaft is placed on the lower end of the first vertically located shaft so that the rotation axes of the first and second shafts are parallel and offset, and the working electrode is mounted on the lower end of the second shaft.