RU2069360C1 - Устройство для вольтамперометрического анализа и аналитическая ячейка для него - Google Patents

Abstract

Использование: проведение электрохимических измерений в устройствах для определения состава материалов химической, металлургической и пищевой промышленности. Сущность изобретения: устройство, содержащее корпус, привод с вертикально расположенным первым валом, на нижнем конце которого укреплен первый рабочий электрод, выполненный с возможностью вращения, узел управления приводом, первый электрод сравнения, первый и второй вспомогательные электроды, аналитическую ячейку, первый и второй соединители для подключения к внешним устройствам, причем первый рабочий электрод соединен через первый скользящий контакт со входом второго соединителя, снабжено дополнительно вторым рабочим электродом, вторым электродом сравнения, электродом пробоподготовки, двумя электрическими зажимами, вторым скользящим контактом, вторым вертикально расположенным валом, на котором, аналогично первому, укреплен второй рабочий электрод, выполненный также с возможностью вращения, кареткой, снабженной горизонтальной полкой со штырями для размещения аналитической ячейки, и, по крайней мере, тремя подпружиненными планками, каждая из которых содержит контакт, закрепленный на ее верхнем конце для подключения соответствующего электрода. Электрод пробоподготовки выполнен в виде пластины, верхний конец которой загнут. Вспомогательные электроды выполнены в виде полых ступенчатых втулок с фланцами, снабженными, по меньшей мере, двумя поперечными прорезями, равномерно расположенными по периметру фланца. Аналитическая ячейка содержит камеры для рабочего, вспомогательного и сравнительного электродов, при этом разноименные камеры разделены и выполнены в виде полостей в блоке из инертного материала, электрохимически связанных между собой посредством соединительных камер, причем в стенках соединительных камер, сопряженных с камерами для электродов, выполнены щелевые отверстия, а соединительные камеры содержат вставные втулки, наружная конфигурация которых повторяет внутреннюю конфигурацию соединительных камер. Ячейка имеет на боковой поверхности одной из рабочих камер углубление, предназначенное для размещения электрода пробоподготовки, а в верхней части задней стенки камеры выполнена П-образная прорезь, снабженная двумя выступами для крепления этого электрода. 2 с. и 4 з.п. ф-лы, 9 ил.

Description

Настоящее изобретение относится к оборудованию для вольтамперометpического анализа и может быть использовано при проведении электрохимических измерений в устройствах для определения состава материалов химической, металлургической, пищевой промышленности и в частности, для анализа природных и сточных вод службами контроля загрязнения окружающей среды.

Известна установка для вольтамперометpического анализа ("Instructions for usr, 663 VA STAND, Series 05, Metrohm LTD, CH-9100 Herisau Switzerland"), которая содержит несущий корпус с электродвигателем, вращающий через ременную передачу рабочий электрод, укрепленный на нижнем конце вертикально расположенного вала. Рабочий и вспомогательный электроды и электрод сравнения помещены в аналитическую ячейку, выполненную в виде стеклянной колбы. Вспомогательный электрод выполнен из графитового материала в виде стержня. Хлорсеребряный электрод сравнения имеет скорость вытекания электролита КСl, не превышающую 0,03 мм в сутки, обеспечивая тем самым сохранение чистоты исследуемого раствора.

Недостатком известной конструкции является ее неприспособленность к проведению пробоподготовки непосредственно перед измерениями и отсутствие средств защиты от электромагнитных воздействий и выделяемых газов, а выполнение аналитической ячейки из стекла не обеспечивает достаточную механическую прочность особенно в полевых условиях. Размещение всех электродов в одной емкости электрохимической ячейки не исключает возможность появления побочных электрохимических реакций, искажающих результаты анализа. Высокие требования к технологии изготовления электрода сравнения, который должен быть выполнен технически чистым, чтобы не загрязнять раствора ячейки, ограничивает применение известной установки.

Известно устройство для вольтамперометpического анализа (см. Ю.В.Плесков и В. Ю. Филиновский "Вращающийся дисковый электрод", Москва, издательство "Наука", 1972, с. 324-325, рис. 9.7), содержащее корпус, выполненный в виде настольного штатива, привод с вертикально расположенным валом, на нижнем конце которого укреплен рабочий электрод, выполненный с возможностью вращения, первый и второй вспомогательные электроды, электрод сравнения, аналитическую ячейку, первый и второй соединители для подключения к внешним устройствам, причем рабочий электрод соединен через скользящий контакт со входом второго соединителя, а вспомогательные электроды и электрод сравнения подключены ко входу того же соединителя непосредственно.

Однако, устройство не позволяет получить высокую точность измерений, так как подготовка пробы на дополнительном оборудовании, перенос ее к месту измерений, связанный с переливанием пробы из одной емкости в другую, вносит неизбежные погрешности в результаты измерений. Отсутствие средств защиты от электромагнитных воздействий и выделяемых газов, попадание в исследуемый раствор паров смазки, так как нижняя пара подшипников вала ничем не отделяется от ячейки все это снижает точность измерений. Устройство не обеспечивает достаточной механической прочности, так как ячейка выполнена из стекла.

Известна также аналитическая ячейка (а.с. N 1700459 от 15.05.89, кл. 5 G 01 N 27/48, авторы: Л. Н. Кальнишевская, Х. З. Брайнина и др. Бюллетень "Открытия, изобретения", N 47, 1991), содержащая камеры с разделенным рабочим и вспомогательным электродами и электродом сравнения, причем камеры для рабочего, вспомогательного и сравнительного электродов выполнены в виде полостей в блоке из инертного материала и электролитически связаны между собой посредством соединительных камер, также выполненных в виде полостей и расположенных между этими камерами, при этом в стенках соединительных камер, сопряженных с камерами для электродов, выполнены щелевые отверстия, а соединительные камеры содержат вставные втулки с той же конфигурацией, что и соединительные камеры. В камерах для рабочего электрода предусмотрены осевые магнитные мешалки, вращающиеся свободно на шпеньке.

Известная конструкция ячейки, как и описанное выше устройство, не обеспечивает высокую точность измерений вследствие необходимости предварительной подготовки проб к анализу. Кроме того, ячейка требует применения магнитной мешалки и не имеет средств защиты от электромагнитных воздействий и выделяемых газов.

Изобретение направлено на разработку такого устройства для вольтамперометpического анализа, которое позволило бы снизить систематическую погрешность за счет исключения стадии предварительной пробоподготовки и устранения влияния остаточного фона при смене технологических растворов и повысить точность измерений путем проведения пробоподготовки непосредственно перед измерениями на одном и том же оборудовании и в одной и той же емкости, а также за счет проведения одновременных измерений пробы и стандартного фонового раствора, помещенных в разные емкости ячейки, обеспечения отвода выделяемых газов из зоны рабочих электродов и защиты измерительных цепей от электромагнитных воздействий.

Сущность изобретения заключается в том, что в устройство для вольтамперометрического анализа с твердофазным рабочим электродом, включающее корпус, привод с вертикально расположенным первым валом, на нижнем конце которого укреплен первый рабочий электрод, выполненный с возможностью вращения, узел управления приводом, первый электрод сравнения, первый и второй вспомогательные электроды, аналитическую ячейку, первый и второй соединители для подключения к внешним устройствам, причем первый рабочий электрод соединен через первый скользящий контакт со входом второго соединителя, согласно изобретению, введены дополнительно второй рабочий электрод, второй электрод сравнения, электрод пробоподготовки, два электрических зажима, второй скользящий контакт, второй вертикально расположенный вал, на котором, аналогично первому, укреплен второй рабочий электрод, выполненный также с возможностью вращения, каретка, смонтированная на опорах качения в вертикальных направляющих, закрепленных на корпусе, снабженная горизонтальной полкой со штырями для размещения аналитической ячейки, и по крайней мере, тремя подпружиненными планками, выполненными с возможностью вертикального перемещения, каждая из которых содержит контакт, закрепленный на ее верхнем конце для подключения соответствующего электрода, причем один из контактов выполнен из графита, при этом нижний конец планок поджат к основанию; размещенный на корпусе герконовый переключатель, управляемый постоянным магнитом, закрепленным на каретке, два экрана, выполненных в виде дверок, два экранирующих держателя, в которых размещены электроды сравнения, выполненные с возможностью осевого перемещения, причем держатели жестко закреплены на корпусе; электрод пробоподготовки выполнен в виде пластины, верхний конец которой загнут, вспомогательные электроды выполнены в виде полых ступенчатых втулок с фланцем, снабженным, по меньшей мере, двумя поперечными прорезями, равномерно расположенными по периметру фланца, причем второй рабочий электрод соединен через второй скользящий контакт с соответствующим выводом второго соединителя, первый электрод сравнения соединен с соответствующим выводом второго соединителя через первый электрический зажим, второй электрод сравнения соединен через второй электрический зажим со входом первого контакта переключателя, имеющего первый и второй выходы, подключенные к соответствующим выводам второго соединителя, первый вспомогательный электрод соединен через контакт, расположенный на первой планке каретки, со входом второго контакта переключателя, имеющего третий и четвертый выходы, подключенные к соответствующим выводам второго соединителя через контакт, расположенный на второй планке каретки, второй вспомогательный электрод соединен с соответствующим выводом второго соединителя через контакт, расположенный на второй планке каретки, а электрод пробоподготовки соединен через графитовый контакт, расположенный на третьей планке каретки, с соответствующим выводом второго соединителя.

Целесообразно, чтобы узел управления приводом был размещен в основании и выполнен в виде формирователя импульса запуска, содержащего симметричный триггер на двух тиристорах, выходы которых через регулируемые сопротивления подключены на вход эмиттерного повторения, выход которого подключен к приводу.

Разумно, чтобы между аналитической ячейкой и основанием был размещен поддон для предохранения узла управления приводом от попадания раствора.

Разумно также, чтобы каретка была снабжена подпружиненной рукояткой для вертикального перемещения и фиксации.

Целесообразно, чтобы устройство для вольтамперометрического анализа содержало штуцер для подключения к вытяжной системе, закрепленный на корпусе.

Сущность изобретения, кроме того, заключается в том, что в аналитической ячейке, включающей камеры для рабочего, вспомогательного и сравнительного электродов, при этом разноименные камеры разделены и выполнены в виде полостей в блоке из инертного материала, электролитически связанных между собой посредством соединительных камер, также выполненных в виде полостей и расположенных между этими камерами, причем в стенках соединительных камер, сопряженных с камерами для электродов, выполнены щелевые отверстия, а соединительные камеры содержат вставные втулки, наружная конфигурация которых повторяет внутреннюю конфигурацию соединительных камер, согласно изобретению, на боковой поверхности одной из рабочих камер выполнено углубление для размещения в нем электрода пробоподготовки, а в верхней части задней стенки камеры выполнена П-образная прорезь, снабженная двумя выступами для крепления этого электрода.

Соединение второго рабочего электрода через второй скользящий контакт с соответствующим выводом второго соединителя через электрический зажим со входом первого контакта переключателя, имеющего первый и второй выходы, подключенные к соответствующим выводам второго соединителя, соединение первого вспомогательного электрода через контакт, расположенный на первой планке каретки, со входом второго контакта переключателя, имеющего третий и четвертый выходы, подключенные к соответствующим выводам второго соединителя, соединение второго вспомогательного электрода с соответствующим выводом второго соединителя через контакт, расположенный на второй планке каретки, соединение электрода пробоподготовки через графитовый контакт, расположенный на второй планке каретки, соединение электрода пробоподготовки через графитовый контакт, расположенный на третьей полке с соответствующим выводом второго соединителя, необходимо для того, чтобы обеспечить коммутацию электрических цепей по двум гальванически развязанным цепям (измерения и пробоподготовки) с использованием одних и тех же электродов.

Введение в устройство второго вертикально расположенного вала, на котором, аналогично первому, укреплен второй рабочий электрод, выполненный также с возможностью вращения необходимо для того, чтобы обеспечить проведение одновременных измерений разделенных испытуемого раствора и стандартного фонового раствора и за счет этого уменьшить влияние стандартного фонового раствора на точность измерения.

Введение каретки, смонтированной на опорах качения в вертикальных направляющих, закрепленных на корпусе, снабженной горизонтальной полкой со штырями для размещения аналитической ячейки, и по крайней мере, тремя подпружиненными планками, каждая из которых содержит контакт, закрепленный на ее верхнем конце для подключения соответствующего электрода необходимо для того, чтобы только перевод каретки из одного фиксированного положения в другое обеспечил установку аналитической ячейки, подключение соответствующих электродов, проведение пробоподготовки и измерений, а также зачистку рабочих электродов.

Выполнение одного из контактов, расположенного на планке из графита, необходимо для того, чтобы исключить диффузию, при которой частицы самого контакта перейдут в исследуемую пробу, а также для повышения его срока службы. Нижний конец планок поджат к основанию, чтобы обеспечить удобство установки и снятия аналитической ячейки в исходном положении каретки, а также надежное контактирование между контактами, расположенными на планках, и электродами, помещенными в соответствующие камеры аналитической ячейки. Размещение на корпусе герконового переключателя, управляемого постоянным магнитом, закрепленным на каретке, позволяет автоматически, в зависимости от положения каретки, производить подключение соответствующих электродов к измерительным цепям или к цепям пробоподготовки.

Введение двух экранов, выполненных в виде дверок, позволяет защитить измерительные цепи от электромагнитных воздействий, а также обеспечить газозащиту окружающей среды. Введение двух экранирующих держателей, в которых размещены электроды сравнения, выполненные с возможностью осевого перемещения, и при этом держатели жестко закреплены на корпусе, необходимо для того, чтобы обеспечить установку электродов сравнения в соответствующие камеры аналитической ячейки, обеспечить их перемещение, а также предохранение их от электромагнитных воздействий. Введение второго электрода сравнения необходимо для этого, чтобы обеспечить проведение одновременных измерений разделенных испытуемого раствора и стандартного фонового раствора и за счет этого уменьшить влияние стандартного фонового раствора на точность измерения.

Введение электрода пробоподготовки необходимо для проведения пробоподготовки непосредственно перед измерениями в одной и той же емкости.

Выполнение электрода пробоподготовки в виде пластины, верхний конец которой загнут, необходимо для его крепления в соответствующей камере аналитической ячейки и для осуществления токоподвода.

Выполнение вспомогательных электродов в виде полых ступенчатых втулок с фланцем, снабженным, по меньшей мере, двумя поперечными прорезями, равномерно расположенными по периметру фланца, необходимо для того, чтобы обеспечить установку и снятие электрода в соответствующей камере аналитической ячейки, создать необходимую плотность тока, зависящую от площади боковой поверхности электрода, а также обеспечить наиболее полный газоотвод, что позволяет повысить точность измерения.

Размещение узла управления приводом в основании и выполнение его в виде формирователя импульса запуска, содержащего симметричный триггер на двух тиристорах, выводы которых через регулируемые сопротивления подключены на вход эмиттерного повторителя, выход которого подключен к приводу, необходимо для того, чтобы обеспечить автоматическое управление приводом, регулирование его скорости и двухскоростной режим.

Размещение поддона между аналитической ячейкой и основанием необходимо для предохранения узла управления приводом от попадания раствора.

Снабжение каретки подпружиненной рукояткой необходимо для вертикального перемещения и фиксации каретки, на которой расположена аналитическая ячейка.

Снабжение устройства штуцером для подключения к вытяжной системе, закрепленным на корпусе, необходимо для отвода выделяемых газов, образующихся в процессе электролиза.

Выполнение углубления на боковой поверхности одной из рабочих камер аналитической ячейки и П-образной прорези, снабженной двумя выступами, в верхней части задней стенки камеры, необходимо для размещения электрода пробоподготовки в рабочей камере, его фиксации и крепления.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен общий вид устройства для вольтамперометрического анализа и аналитической ячейки; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 показано положение каретки с аналитической ячейкой при пробоподготовке; на фиг. 4 показано положение каретки с аналитической ячейкой при измерении; на фиг. 5 вид сверху на фиг. 1; на фиг. 6 вид сверху аналитической ячейки; на фиг. 7 вид Б на фиг. 6; на фиг. 8 - блок-схема устройства; на фиг. 9 блок-схема узла управления приводом.

Устройство для вольтамперометрического анализа содержит корпус 1, в котором закреплен первый и второй соединители соответственно 2 и 3, предназначенные для подключения к внешним устройствам, обеспечивающим его работу, аналитическую ячейку 4, первый и второй рабочие электроды соответственно 5 и 6, первый и второй электроды сравнения соответственно 7 и 8, первый и второй вспомогательные электроды соответственно 9 и 10, электрод пробоподготовки 11, привод 12, приводящий во вращение рабочие электроды 5 и 6, скользящие контакты 13 и 14 для подключения к первому и второму рабочим электродам 5 и 6, первый и второй электрические зажимы соответственно 15 и 16 для подключения к первому и второму электродам сравнения 7 и 8 соответственно, контакты 17 и 18 для подключения к первому и второму вспомогательным электродам соответственно 9 и 10, графитовый контакт 19 для подключения электрода пробоподготовки 11, узел управления приводом 20, расположенный в основании 21, связанный с панелью управления 22, постоянный магнит 23, управляющий герконовым переключателем 24.

Аналитическая ячейка 4 выполнена из фторопласта и имеет две рабочие камеры 25 и 26 для размещения первого и второго рабочих электродов соответственно 5 и 6, камеры 27 и 28 для размещения первого и второго электродов сравнения соответственно 7 и 8, камеры 29 и 30 для размещения первого и второго вспомогательных электродов соответственно 9 и 10. Электролитическая связь между разноименными камерами осуществляется посредством соединительных камер 31, содержащих вставных втулки 32; одноименные камеры 25 и 26, 27 и 28, 29 и 30 между собой никак не соединены. Рабочая камера 26 снабжена расположенным на ее боковой поверхности углублением 33, предназначенным для размещения в нем электрода пробоподготовки, причем в верхней части задней стенки камеры 26 выполнена П-образная прорезь 34, снабженная двумя выступами 35 для крепления этого электрода 11. Вспомогательные электроды 9 и 10 выполнены из графита в виде полых ступенчатых втулок с фланцем 36, снабженным тремя поперечными прорезями 37 для выхода газа, равномерно расположенными по периметру фланца 36. Электрод пробоподготовки 11 выполнен в виде пластины, верхний конец которой загнут для обеспечения его фиксации и крепления. Вспомогательные электроды 9 и 10 и электрод пробоподготовки 11 устанавливаются в соответствующие камеры 29, 30 и 26 аналитической ячейки 4 стационарно и извлекаются только для их промывки. Рабочие электроды 5 и 6 размещены в электроизоляционных втулках 38, которые ввинчиваются в вертикально установленные на шарикоподшипниках 39 валы 40 (первый и второй), приводимые во вращение через ременную передачу 41 приводом 12. Первый и второй скользящие контакты соответственно 13 и 14, осуществляющие подключение рабочих электродов 5, 6 к соответствующим выводам второго соединителя 3, расположены в полости валов 40 по их оси в опорах 42.

Электроды сравнения 7, 8 размещены с возможностью осевого перемещения в экранирующих держателях 43, 44, жестко закрепленных на корпусе. Выводы 45 электродов сравнения 7, 8 экранированы и подсоединены к электрическим зажимам 15, 16, закрепленным на корпусе 1. Вывод 45 первого электрода сравнения 7 соединен с соответствующим выводом второго соединителя 3 через первый электрический зажим 15. Вывод 45 второго электрода сравнения 8 соединен через второй электрический зажим 16 со входом первого контакта переключателя 24, имеющего первый и второй выходы, подключенные к соответствующим выводам второго соединителя 3.

Аналитическая ячейка 4 размещена на горизонтальной полке 46 каретки 47. Положение ее фиксируется с помощью штырей 48. Каретка 47 смонтирована на опорах качения 49 в вертикальных направляющих 50, закрепленных на корпусе 1 и имеет три фиксированных положения: нижнее исходное положение (и.п.), среднее положение пробоподготовки (п.п.), верхнее положение измерения (изм. ). Перемещение и фиксация каретки 47 производится с помощью подпружиненной рукоятки 51.

Каретка 47 содержит три подпружиненные планки 52. На верхнем конце каждой планки 52 закреплен контакт. На первой планке контакт 17, через который первый вспомогательный электрод 9 соединен со входом второго контакта переключателя 24, имеющего третий и четвертый выходы, подключенные к соответствующим выводам второго соединителя 3. На второй планке 52 контакт 18, через который второй вспомогательный электрод 10 соединен с соответствующим выводом второго соединителя 3. На третьей планке 52 закреплен графитовый контакт 19, через который электрод пробоподготовки 11 соединен с соответствующим выводом второго соединителя 3. В исходном положении каретки 47 нижний конец планок 52 упирается в основание 21 корпуса 1, обеспечивая свободную установку аналитической ячейки 4 на штыри 48. В положении каретки 47, соответствующему пробоподготовке и измерению, контакт 17 поджат к первому вспомогательному электроду 9, контакт 18 ко второму вспомогательному электроду 10, а контакт 19 к электроду пробоподготовки 11.

Герконовый переключатель 24 закреплен на корпусе 1 и производит переключение цепей второго электрода сравнения 8 и первого вспомогательного электрода 9 для проведения пробоподготовки или измерений. Управление работой переключателя 24 осуществляется постоянным магнитом 23, закрепленным на каретке 47.

Узел управления приводом 20 размещен в основании 21 и выполнен в виде формирователя импульса запуска 53 привода 12 на повышенную и пониженную скорости вращения. Формирователь импульса запуска 53 содержит симметричный триггер 54 на двух тиристорах 55 и 56, выходы которых через регулируемые сопротивления 57 и 58 подключены на вход эмиттерного повторителя 59, выход которого подключен к приводу 12. Перевод триггера 54 из одного состояния в другое осуществляется кнопками 60 и 61, а информация о запуске привода на ту или иную скорость определяется индикаторами 62 и 63.

Устройство снабжено лопаткой 64 для перемешивания раствора, устанавливаемой с возможностью свободного вращения на нижний конец вала 40 при помощи пружинного основания 65; двумя экранами 66, выполненными в виде дверок, штуцером 67 для подключения к вытяжной системе, закрепленным на корпусе 1, и поддоном 68, размещенным между аналитической ячейкой 4 и основанием 21, для предохранения узла управления приводом 20 от попадания раствора.

Подготовка к работе устройства для вольтамперометрического анализа осуществляется следующим образом.

Каретка 47 переводится в исходное положение (и.п.), при этом подпружиненные планки 52 упрутся в основание 21 раньше, чем каретка 47 займет фиксированное положение. При ее дальнейшем движении увеличивается расстояние между горизонтальной полкой 46 каретки 47 и контактами 17, 18 и 19, закрепленными на планках 52. Этим обеспечивается удобство установки аналитической ячейки 4 на установочные штыри 48.

Электроизоляционные втулки 38 с рабочими электродами 5 и 6 ввинчиваются до упора в вертикально установленные на шарикоподшипниках 39 валы 40, электроды сравнения 7 и 8 устанавливаются в экранирующие держатели 43 и 44, а их выводы 45 подсоединяются к электрозажимам 15 и 16. Лопатка 64 одевается на первый вал 40. Предварительно промытая аналитическая ячейка 4 с размещенными в ее соответствующих камерах 29, 30 и 26 вспомогательными электродами 9 и 10 и электродом пробоподготовки 11, устанавливается на штыри 48 каретки 47. В камеры 26, 27 и 29 аналитической ячейки вводится исследуемая проба, стандартный фоновый раствор и другие реактивы в соответствии с методикой вольтамперометрического анализа, а в камеры 25, 28 и 30 только стандартный фоновый раствор.

По мере необходимости перед установкой лопатки 64 и аналитической ячейки 4 производится зачистка рабочих электродов 5 и 6. Для этого нажимается кнопка 55, включая привод 12 на пониженную скорость. Кинематически связанные с приводом 12 рабочие электроды 5, 6 начинают медленно вращаться, и прикладывая к их торцам абразивный материал, производится их зачистка.

К соединителям 2 и 3 подключаются внешние устройства, обеспечивающие его работу. После проведения указанных операций устройство готово к работе.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Каретка 47 с аналитической ячейкой 4 переводится в положение пробоподготовки (п.п.). В процессе перемещения каретки 47 из положения "и.п." в положение "п. п." подпружиненные планки 52 снимаются с упора в основание 21 и, перемещаясь под действием пружины, перемещаются вниз, при этом контакты 17 и 18 поджимаются к фланцам 36 вспомогательных электродов 9 и 10, а контакты 19 к отогнутому концу электрода пробоподготовки 11. Постоянный магнит 23, перемещаясь вместе с кареткой 47, вступает во взаимодействие с герконовым переключателем 24, подключая электрод сравнения 7 и вспомогательный электрод 9 к цепям пробоподготовки. Лопатка 64 входит в рабочую камеру 26 с испытуемой пробой, а электроды сравнения 7 и 8 в соответствующие камеры 27 и 28.

Проведение пробоподготовки осуществляется по методике вольтамперометрического анализа (в процессе пробоподготовки периодически включается и выключается привод 12. К цепям пробоподготовки подается изменяющееся по сложному закону напряжение).

После завершения пробоподготовки лопатка 64 снимается с вала 40, каретка 47 с аналитической ячейкой 4 переводится в положение измерение ("изм"). В процессе перемещения каретки 47 из положения "п.п." контакты 17, 18 и 19 без изменений будут поджаты к соответствующим электродам 9, 10, 11, а постоянный магнит 23, перемещаясь вместе с кареткой 47, взаимодействует с герконовым переключателем 24, подключая электрод сравнения 7 и вспомогательный электрод 9 к измерительным цепям. Рабочий электрод 6 войдет в камеру 26 с испытуемой пробой, а рабочий электрод 5 в камеру 25 со стандартным фоновым раствором. Электроды сравнения 7, 8 останутся в своих камерах 27 и 28, совершая осевое перемещение вверх в экранирующих держателях 43 и 44.

Проведение измерений осуществляется по методике проведения вольтамперометрического анализа. В процессе измерений периодически включается и выключается привод, в измерительных цепях происходят сложные электрохимические процессы. По указанной методике проведение измерений включает в себя операцию вращения рабочих электродов 5 и 6 с повышенной скоростью (свыше 1000 об/мин), в то же время, проведение пробоподготовки и зачистки рабочих электродов такой скорости вращения не требуется.

В устройстве предусмотрена возможностью запуска привода 12 на две скорости вращения повышенную и пониженную. Для включения привода 12 на повышенную скорость нажимается кнопка 60. При этом напряжение питания от источника поступает через соответствующие контакты соединителя 2, тиристор 55, регулируемое сопротивление 57, эмиттерный повторитель 59 на якорь электродвигателя привода 12. Одновременно загорается индикатор 62. При нажатии кнопки 61 напряжение питания на якорь электродвигателя привода 12 поступает по цепи: источник питания, соответствующие контакты первого соединителя 2, тиристор 56, регулируемое сопротивление 58 и эмиттерный повторитель 57. При работе привода 12 на пониженной скорости горит индикатор 63.

Пример.

На предприятии НПО "Автоматика" г. Екатеринбурга изготовлен опытный образец устройства для вольтамперометрического анализа и ячейки для него, а испытания проведены на кафедре химии Уральского института народного хозяйства и в ТОО НПВП "ИВА" в стационарных условиях.

Общий вид устройства представлен на фиг. 1-8 и полностью соответствует изложенному выше описанию.

Габариты устройства 155х150х285 мм, масса 1,5 кг.

В качестве привода применен электродвигатель постоянного тока ДПР 42-Н1-02 ОСТ 160 515 007-74. Номинальная частота вращения рабочих электродов при измерении 1000 об/мин, при пробоподготовке 1000 и 300 об/мин, при зачистке 300 об/мин. Рабочие и вспомогательные электроды выполнены из химически чистого инертного материала графита марки МПГ-6, что исключает загрязнение исследуемой пробы возможными примесями материала электродов. Электроды сравнения использованы стандартные, типа ЭВЛ-1М1 ТУ 25.05 2181-77.

Аналитическая ячейка выполнена из фторопласта и имеет форму параллелепипеда длиной 124 мм, шириной 39 мм, высотой 40 мм. Рабочие камеры выполнены в виде цилиндрических углублений диаметром 30 мм. Штуцер для подключения к вытяжной системе имеет наружный диаметр 8 мм, внутренний 5 мм.

Экраны в виде дверок и экранирующие держатели выполнены из стали 08 КП ГОСТ 16523-89.

Таким образом, заявленное устройство по сравнению с прототипом позволяет:
1. снизить систематическую погрешность измерений за счет исключения стадии предварительной пробоподготовки и устранения влияния остаточного фона при смене технологических растворов;
2. повысить точность измерений:
путем проведения пробоподготовки непосредственно перед измерениями на одном и том же оборудовании и в одной и той же емкости;
за счет проведения одновременных измерений пробы и стандартного фонового раствора, помещенных в разные емкости ячейки;
защиты измерительных цепей от электромагнитных воздействий.

3. Облегчить условия проведения анализа.

Claims (6)

1. Устройство для вольтамперометрического анализа с твердым рабочим электродом, включающее корпус, привод с вертикально расположенным первым валом, на нижнем торце которого укреплен первый рабочий электрод, выполненный с возможностью вращения, узел управления приводом, первый электрод сравнения, первый и второй вспомогательные электроды, аналитическую ячейку, первый и второй соединители для подключения к внешним устройствам, причем, первый рабочий электрод соединен через первый скользящий контакт с входом второго соединителя, отличающееся тем, что в него введены дополнительно второй рабочий электрод, второй электрод сравнения, электрод пробоподготовки, два электрических зажима, второй скользящий контакт, второй вертикально расположенный вал, на котором аналогично первому укреплен второй рабочий электрод, выполненный также с возможностью вращения, каретка, смонтированная на опорах качения в вертикальных направляющих, закрепленных на корпусе, снабженная горизонтальной полкой с штырями для размещения аналитической ячейки и по крайней мере тремя подпружиненными планками, выполненными с возможностью вертикального перемещения, каждая из которых содержит контакт, закрепленный на ее верхнем конце для подключения соответствующего электрода, причем один из контактов выполнен из графита, при этом нижний конец планок поджат к основанию корпуса, размещенный на корпусе герконовый переключатель, выходы которого подключены к соответствующим выводам второго соединителя, управляемый постоянным магнитом, закрепленным на каретке, два экрана, выполненные в виде дверок, два экранирующих держателя, в которых размещены электроды сравнения, выполненные с возможностью осевого перемещения, причем держатели жестко закреплены на корпусе, электрод пробоподготовки выполнен в виде пластины, имеющей Г-образную форму, загнут, вспомогательные электроды выполнены в виде полых ступенчатых втулок с фланцем, снабженным по меньшей мере двумя поперечными прорезями, равномерно расположенными по периметру фланца, причем, второй рабочий электрод соединен через второй скользящий контакт с соответствующим выводом второго соединителя через первый электрический зажим, второй электрод сравнения соединен через второй элекрический зажим с входом переключателя, первый вспомогательный электрод соединен через контакт, расположенный на первой планке каретки, с входом переключателя, второй вспомогательный электрод соединен с соответствующим выводом второго соединителя через контакт, расположенный на второй планке каретки, а электрод пробоподготовки соединен через графитовый контакт, расположенный на третьей планке, с соответствующим выводом второго соединителя.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что узел управления приводом размещен в основании и выполнен в виде формирователя импульса запуска, содержащего симметричный триггер на двух тиристорах, выходы которых через регулируемые сопротивления подключены на вход эмиттерного повторителя, выход которого подключен к приводу.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что между аналитической ячейкой и основанием размещен поддон для предохранения узла управления приводом от попадания раствора.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что каретка снабжена подпружиненной рукояткой для вертикального перемещения и фиксации.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно содержит штуцер для подключения к вытяжной системе, закрепленной на корпусе.

6. Аналитическая ячейка, включающая камеры с разделенными рабочим, вспомогательным и сравнительным электродами, при этом камеры выполнены в виде полостей в блоке из инертного материала, электролитически связанных между собой посредством соединительных камер, также выполненных в виде полостей и расположенных между ними камерами, причем в стенках соединительных камер, сопряженных с камерами для электродов, выполнены щелевые отверстия, а соединительные камеры содержат вставные втулки, наружная конфигурация которых повторяет внутреннюю конфигурацию соединительных камер, отличающаяся тем, что на боковой поверхности одной из рабочих камер выполнено углубление, предназначенное для размещения электрода пробоподготовки, а в верхней части задней стенки камеры выполнена П-образная прорезь, снабженная двумя выступами для крепления этого электрода.

Images