RU217509U1 - Device for measuring current-voltage characteristics and effective ion transport numbers in electromembrane systems - Google Patents
Device for measuring current-voltage characteristics and effective ion transport numbers in electromembrane systems Download PDFInfo
- Publication number
- RU217509U1 RU217509U1 RU2023103705U RU2023103705U RU217509U1 RU 217509 U1 RU217509 U1 RU 217509U1 RU 2023103705 U RU2023103705 U RU 2023103705U RU 2023103705 U RU2023103705 U RU 2023103705U RU 217509 U1 RU217509 U1 RU 217509U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- solution
- glass tube
- capillaries
- polarizing
- container
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Полезная модель относится к оборудованию, используемому при электрохимическом анализе, а также при исследовании явлений, возникающих в электромембранных системах (ЭМС) на границе раздела мембрана/раствор при высоких и сверхвысоких плотностях тока. Техническим результатом полезной модели является упрощение процесса измерения чисел переноса ионов электролита, а также сокращение времени его осуществления. Технический результат достигается тем, что устройство для одновременного измерения вольтамперной характеристики и чисел переноса ионов в электромембранных системах состоит из мембранного диска, который горизонтально закреплен на одном из концов вращающегося цилиндра в виде стеклянной трубки, и емкости, заполняемых раствором, поляризующих и измерительных электродов по одному в емкости и во вращающейся стеклянной трубке, капилляров Луггина-Габера по одному в емкости и во вращающейся стеклянной трубке, содержащей два капилляра, один из которых для подвода, а другой для забора раствора, поляризующие и измерительные электроды и капилляры Луггина-Габера расположены центрально-симметрично и подведены на одинаковом расстоянии к исследуемому мембранному диску, при этом в стеклянной трубке дополнительно установлен кондуктометрический электрод для измерения электрического сопротивления раствора, расположенный на равноудаленном расстоянии между капилляром для забора и поляризующим электродом. The utility model relates to equipment used in electrochemical analysis, as well as in the study of phenomena that occur in electromembrane systems (EMS) at the membrane/solution interface at high and ultrahigh current densities. The technical result of the utility model is to simplify the process of measuring the transport numbers of electrolyte ions, as well as to reduce the time of its implementation. The technical result is achieved by the fact that the device for the simultaneous measurement of current-voltage characteristics and ion transfer numbers in electromembrane systems consists of a membrane disk, which is horizontally fixed at one end of a rotating cylinder in the form of a glass tube, and a container filled with a solution, polarizing and measuring electrodes one at a time. in a container and in a rotating glass tube, Luggin-Gaber capillaries, one each in a container and in a rotating glass tube containing two capillaries, one for supplying and the other for taking a solution, polarizing and measuring electrodes and Luggin-Gaber capillaries are located centrally symmetrically and connected at the same distance to the membrane disk under study, while in the glass tube an additional conductometric electrode is installed to measure the electrical resistance of the solution, located at an equidistant distance between the sampling capillary and the polarizing electrode.
Description
Полезная модель относится к оборудованию, используемому при электрохимическом анализе, а также при исследовании явлений, возникающих в электромембранных системах (ЭМС) на границе раздела мембрана/раствор при высоких и сверхвысоких плотностях тока.The utility model relates to equipment used in electrochemical analysis, as well as in the study of phenomena that occur in electromembrane systems (EMS) at the membrane/solution interface at high and ultrahigh current densities.
Известно устройство с вращающимся мембранным диском (ВМД) для измерения ВАХ мембран созданное в 1979 г. учеными D.A. Gough и J.K. Leypoldt [D.A. Gough, J.K. Leypoldt Membrane-Covered, Rotated Disc Electrode // J. Analytical Chemistry 1979. Vol.51, №3. P. 439]. Устройство состоит из мембранного диска, вращающегося цилиндра, заполняемого раствором, поляризующих и измерительных электродов, расположенных по обе стороны от мембранного диска. Мембранный диск прикреплен на вращающемся цилиндре с помощью кольцевого фланца, который минимизирует гидродинамические краевые эффекты, как требует теория Левича, но не устраняет их полностью. Схема электрического контакта поляризующих электродов и источника тока посредством ртутной капли выполнена сложно.A device with a rotating membrane disk (RMD) for measuring the CVC of membranes is known, created in 1979 by scientists D.A. Gough and J.K. Leypoldt [D.A. Gough, J.K. Leypoldt Membrane-Covered, Rotated Disc Electrode // J. Analytical Chemistry 1979. Vol.51, No. 3. P. 439]. The device consists of a membrane disk, a rotating cylinder filled with a solution, polarizing and measuring electrodes located on both sides of the membrane disk. The membrane disk is attached to a rotating cylinder by an annular flange, which minimizes hydrodynamic edge effects, as required by Levich's theory, but does not completely eliminate them. The scheme of electrical contact between the polarizing electrodes and the current source by means of a mercury drop is complicated.
К недостаткам устройства относится ограничены функциональные возможности.The disadvantages of the device include limited functionality.
Прототипом полезной модели является устройство для одновременного измерения вольтамперной характеристики и чисел переноса ионов в электромембранных системах, состоящее из мембранного диска, который горизонтально закреплен на одном из концов вращающегося цилиндра в виде стеклянной трубки, и емкости, заполняемых раствором, поляризующих и измерительных электродов по одному в емкости и во вращающейся стеклянной трубке, при этом дополнительно содержит в стеклянной трубке два капилляра, один из которых для подвода, а другой для забора раствора, поляризующие и измерительные электроды расположены центрально-симметрично и подведены на одинаковом расстоянии к исследуемому мембранному диску (патент на полезную модель РФ №78577, опубл. Бюл. №33 от 27.11.2008 г.).The prototype of the utility model is a device for the simultaneous measurement of current-voltage characteristics and ion transport numbers in electromembrane systems, consisting of a membrane disk, which is horizontally fixed at one end of a rotating cylinder in the form of a glass tube, and a container filled with a solution, polarizing and measuring electrodes, one at a time. container and in a rotating glass tube, while additionally contains two capillaries in the glass tube, one of which is for supplying and the other for taking the solution, the polarizing and measuring electrodes are located centrally symmetrically and are connected at the same distance to the membrane disk under study (patent for a useful RF model No. 78577, published by Bulletin No. 33 dated November 27, 2008).
Недостатком прототипа является ограниченные функциональные возможности, обусловленные ограниченным перечнем измеряемых характеристик и требующих отбор проб для определения дополнительных характеристик (например, определение чисел переноса и концентрации).The disadvantage of the prototype is limited functionality due to a limited list of measured characteristics and requiring sampling to determine additional characteristics (for example, the definition of transfer numbers and concentrations).
Задачей полезной модели является расширение ассортимента средств подобного назначения и характеризующихся высокими эксплуатационными характеристиками.The objective of the utility model is to expand the range of products of similar purpose and characterized by high performance.
Техническим результатом полезной модели является упрощение процесса измерения чисел переноса процесс, а также сокращение времени его осуществления, за счет обеспечения возможности одновременного измерения вольт-амперных характеристик (ВАХ) и чисел переноса ионов в устройстве без забора пробы на химический анализ.The technical result of the utility model is the simplification of the process of measuring the transfer numbers of the process, as well as reducing the time for its implementation, by enabling the simultaneous measurement of current-voltage characteristics (CVC) and ion transfer numbers in the device without sampling for chemical analysis.
Технический результат достигается тем, что устройство для одновременного измерения вольтамперной характеристики и чисел переноса ионов в электромембранных системах состоит из мембранного диска, который горизонтально закреплен на одном из концов вращающегося цилиндра в виде стеклянной трубки, и емкости, заполняемых раствором, поляризующих и измерительных электродов по одному в емкости и во вращающейся стеклянной трубке, капилляров Луггина-Габера по одному в емкости и во вращающейся стеклянной трубке, содержащей два капилляра, один из которых для подвода, а другой для забора раствора, поляризующие и измерительные электроды и капилляры Луггина-Габера расположены центрально-симметрично и подведены на одинаковом расстоянии к исследуемому мембранному диску, при этом в стеклянной трубке дополнительно установлен кондуктометрический электрод для измерения электрического сопротивления раствора расположенный на равноудаленном расстоянии между капилляром для забора и поляризующим электродом.The technical result is achieved by the fact that the device for the simultaneous measurement of current-voltage characteristics and ion transfer numbers in electromembrane systems consists of a membrane disk, which is horizontally fixed at one end of a rotating cylinder in the form of a glass tube, and a container filled with a solution, polarizing and measuring electrodes one at a time. in a container and in a rotating glass tube, Luggin-Gaber capillaries, one each in a container and in a rotating glass tube containing two capillaries, one for supplying and the other for taking a solution, polarizing and measuring electrodes and Luggin-Gaber capillaries are located centrally symmetrically and connected at the same distance to the membrane disk under study, while in the glass tube an additional conductometric electrode is installed to measure the electrical resistance of the solution located at an equidistant distance between the sampling capillary and the polarizing electrode.
Упрощение процесса измерения чисел переноса, а также сокращение времени его осуществления, достигается за счет дополнительной установки в стеклянной трубке кондуктометрического электрода для измерения электрического сопротивления раствора, расположенного на равноудаленном расстоянии между капилляром для забора раствора и поляризующим электродом. Установка кондуктометрического электрода позволяет исключить необходимость забора пробы на химический анализ для определения чисел переноса и осуществлять беспрерывно в любой момент времени определение потоков ионов через мембрану и рассчитывать с высокой точностью числа переноса ионов в ЭМС.Simplification of the process of measuring the transfer numbers, as well as reducing the time of its implementation, is achieved by additionally installing a conductometric electrode in a glass tube to measure the electrical resistance of the solution, located at an equidistant distance between the capillary for taking the solution and the polarizing electrode. The installation of a conductometric electrode makes it possible to eliminate the need to take a sample for chemical analysis to determine the transfer numbers and continuously determine the ion fluxes through the membrane at any time and calculate the ion transfer numbers in EMS with high accuracy.
Таким образом, совокупность заявляемых признаков позволяет достичь поставленный технический результат и, как следствие, расширить ассортимент средств подобного назначения и улучшить эксплуатационные характеристики устройства.Thus, the totality of the claimed features makes it possible to achieve the set technical result and, as a result, to expand the range of tools for this purpose and improve the performance of the device.
На фигуре изображена схема заявляемого устройства для измерения вольтамперной характеристики и чисел переноса в электромембранных системах.The figure shows a diagram of the proposed device for measuring current-voltage characteristics and transfer numbers in electromembrane systems.
Устройство состоит из вращающейся стеклянной трубки 1, заполняемой раствором, к нижней торцевой части которой приклеен мембранный диск 2. Вращающаяся стеклянная трубка 1 с прикрепленным мембранным диском 2 погружены в емкость 3, заполняемую раствором. Внутрь трубки 1 подведены подающий 4 и отбирающий 5 раствор капилляры и один из поляризующих электродов 6, выполненных из инертного материала, а также один из капилляров Луггина-Габера 7 на фиксированном расстоянии от мембранного диска 2, образующих катодную камеру. В емкости 3 расположен второй поляризующий электрод 6 и второй капилляр Луггина-Габера 7, образующие анодную камеру. Оба капилляра Луггина-Габера 7 расположены на одной оси, но по разные стороны на одинаковом расстоянии относительно центра мембранного диска 2. Внутри стеклянной трубки на равноудаленном расстоянии от отбирающей трубки и электрода введен кондуктометрический электрод 8, сообщенный с кондуктометром 12, осуществляющим фиксирование концентрации раствора внутри стеклянной трубки. Ток задают с помощью потенциостата-гальваностата 9. Скачок потенциала на мембранном диске 2 фиксируют иономером 10 с помощью измерительных электродов, представляющих собой хлорсеребряные электроды сравнения 11, соединенные с капиллярами Луггина-Габера 7. Передаточный механизм состоит из шкива 13, ремня и двигателя 14.The device consists of a rotating glass tube 1 filled with a solution, to the lower end of which a
Заявляемое устройство работает следующим образом.The claimed device works as follows.
Измерение вольтамперных характеристик ЭМС проводят в гальваностатическом режиме при ступенчатом увеличении плотности тока. Мембранный диск 2 приводят во вращение от шкива 13 со скоростью 50-600 об/мин. Скорость вращения изменяют с помощью оптико-механического преобразователя, сопряженного с блоком цифровой индикации (на схеме не изображены). Стеклянную трубку 1 и емкость 3 заполняют раствором электролита одинаковой концентрации; при этом в стеклянной трубке 1 раствор обновлялся с определенной скоростью. Обновление раствора в стеклянной трубке 1 обеспечивают подающий 4 и отбирающий 5 капилляры. Скорость протока раствора составляет 6,00±0,05 мл/мин. Подавая постоянный ток на поляризующие платиновые электроды 6, с помощью потенциостата-гальваностата 9 фиксируют значение скачка потенциала на мембранном диске 2 иономером 10 с помощью измерительных электродов, представляющих собой хлорсеребряные сравнительные электроды 11, соединенные с капиллярами Луггина-Габера 7.Measurement of current-voltage characteristics of EMC is carried out in galvanostatic mode with a stepwise increase in current density.
Одновременно с измерением общей ВАХ исследуемой ЭМС в стеклянной трубке регистрируют значение электропроводности раствора с помощью кондуктометрического электрода 8. При установлении постоянного значения электропроводности раствора внутри стеклянной трубки 1 рассчитывают значения потока ионов через мембрану 2. По изменению состава раствора рассчитывают гитторфовские числа переноса и парциальные ВАХ по току. При этом соблюдают следующие условия: больший объем раствора в емкости 3 необходим для того, чтобы было легче поддерживать постоянство состава раствора; скорость протока раствора через капилляры 4, 5 подбирают таким образом, чтобы концентрация раствора отличались на величину достаточную для аналитического определения изменения состава раствора в стеклянной трубке 7 и не осложняющую условия процесса массопереноса в ЭМС.Simultaneously with the measurement of the total CVC of the studied EMS in a glass tube, the value of the electrical conductivity of the solution is recorded using a
Пример 1.Example 1
С помощью заявляемого устройства проводят экспериментальное исследование ЭМС на основе гетерогенной катионообменной мембраны МК-40 в 0,02 М растворе NaCl. Скорость вращения мембранного диска 2 диаметром 16,8 мм составляет 100 об/мин. Скорость протока раствора равна 6,00±0,05 мл/мин. Далее определяют удельную электропроводность раствора, рассчитывают поток ионов и определяют эффективные (Гитторфовские) числа переноса ионов натрия в ЭМС. Для ЭМС МК-40 в 0,02 М растворе NaCl экспериментально определяют величину предельного тока равная 8,39 мА/см2, которая совпадает со значениями, рассчитанными по теории Левича, что соответствует значению 8,66 мА/см2. Таблица 1. Значения удельной электропроводности раствора и экспериментальные значения эффективных чисел переноса ионов натрия гетерогенной мембраны МК-40 при различной плотности тока в ЭМСUsing the proposed device, an experimental study of EMS based on a heterogeneous cation-exchange membrane MK-40 in a 0.02 M NaCl solution is carried out. The rotation speed of the
Использование заявляемого устройства увеличивает точность и скорость электрохимического исследования ЭМС по сравнению с прототипом за счет прямого определения ионного состава в ЭМС (введения дополнительного кондуктометрического датчика в ЭМС), позволяет расширить функциональные возможности устройства с ВМД посредством одновременной регистрации двух характеристик ЭМС, а именно ВАХ и гитторфовских чисел переноса, тогда как прототип позволял мерить только ВАХ, а определения состава раствора необходимо производить на дополнительном оборудовании. Отсутствие сложных конструктивных элементов и расширенные функциональные возможности заявляемого устройства с ВМД позволяют сделать электрохимический анализ ЭМС доступнее.The use of the proposed device increases the accuracy and speed of the electrochemical study of EMS in comparison with the prototype due to the direct determination of the ionic composition in the EMS (the introduction of an additional conductometric sensor in the EMS), allows you to expand the functionality of the device with AMD by simultaneously recording two characteristics of the EMS, namely the CVC and Gittorf transfer numbers, while the prototype allowed to measure only the CVC, and the solution composition must be determined using additional equipment. The absence of complex structural elements and the extended functionality of the proposed device with AMD make it possible to make electrochemical analysis of EMC more accessible.
Claims (1)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU217509U1 true RU217509U1 (en) | 2023-04-04 |
Family
ID=
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU78577U1 (en) * | 2008-06-02 | 2008-11-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный университет" (ГОУ ВПО КубГУ) | DEVICE FOR SIMULTANEOUS MEASUREMENT OF VOLTAMPER CHARACTERISTICS AND ION TRANSFER NUMBERS IN ELECTROMEMBRANE SYSTEMS |
RU100276U1 (en) * | 2010-07-16 | 2010-12-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный университет" (ГОУ ВПО КубГУ) | DEVICE FOR INTEGRATED RESEARCH OF MASS EXCHANGE AND ELECTROCHEMICAL CHARACTERISTICS OF ION EXCHANGE MEMBRANE |
RU142170U1 (en) * | 2014-02-27 | 2014-06-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "КубГУ") | DEVICE WITH A ROTATING MEMBRANE DISK FOR THE STUDY OF ELECTRIC TRANSPORT CHARACTERISTICS OF ION EXCHANGE MEMBRANES |
RU162966U1 (en) * | 2015-09-07 | 2016-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "ВГУ") | DEVICE FOR INTEGRATED RESEARCH OF LOCAL CHARACTERISTICS OF ELECTROMEMBRANE SYSTEM |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU78577U1 (en) * | 2008-06-02 | 2008-11-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный университет" (ГОУ ВПО КубГУ) | DEVICE FOR SIMULTANEOUS MEASUREMENT OF VOLTAMPER CHARACTERISTICS AND ION TRANSFER NUMBERS IN ELECTROMEMBRANE SYSTEMS |
RU100276U1 (en) * | 2010-07-16 | 2010-12-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный университет" (ГОУ ВПО КубГУ) | DEVICE FOR INTEGRATED RESEARCH OF MASS EXCHANGE AND ELECTROCHEMICAL CHARACTERISTICS OF ION EXCHANGE MEMBRANE |
RU142170U1 (en) * | 2014-02-27 | 2014-06-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "КубГУ") | DEVICE WITH A ROTATING MEMBRANE DISK FOR THE STUDY OF ELECTRIC TRANSPORT CHARACTERISTICS OF ION EXCHANGE MEMBRANES |
RU162966U1 (en) * | 2015-09-07 | 2016-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "ВГУ") | DEVICE FOR INTEGRATED RESEARCH OF LOCAL CHARACTERISTICS OF ELECTROMEMBRANE SYSTEM |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Pingarrón et al. | Terminology of electrochemical methods of analysis (IUPAC Recommendations 2019) | |
Hersch | Trace monitoring in gases using galvanic systems | |
US3272725A (en) | Method of electrolytically testing oxygen concentration | |
US4227974A (en) | Electrochemical cell having a polarographic device with ion selective electrode as working electrode and method of use | |
SE461615B (en) | ELECTROCHEMICAL CELL AND PROCEDURE FOR QUANTITATIVE DETECTION OF TOXIC GAS | |
EP3054290A1 (en) | Ion-selective electrode | |
Lindner et al. | Switched wall jet for dynamic response measurements | |
GB1120364A (en) | Detection method and apparatus for chromatography | |
Matysik | End‐column electrochemical detection for capillary electrophoresis | |
RU217509U1 (en) | Device for measuring current-voltage characteristics and effective ion transport numbers in electromembrane systems | |
RU217508U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING ELECTROCHEMICAL AND TRANSPORT CHARACTERISTICS IN ELECTROMEMBRANE SYSTEMS | |
Sipos et al. | A universal voltammetric cell | |
US3657095A (en) | Electrode system for measuring ion activity having sensing and unknown solutions in direct contact | |
JPH0526846A (en) | Method for continuously measuring concentrations of chlorine ion and bromine ion in body fluid using same liquid and same electrode | |
US7144488B2 (en) | Electrode, electrochemical cell, and method for analysis of electroplating baths | |
Oesterling et al. | Mercury-coated tubular platinum electrode | |
RU78577U1 (en) | DEVICE FOR SIMULTANEOUS MEASUREMENT OF VOLTAMPER CHARACTERISTICS AND ION TRANSFER NUMBERS IN ELECTROMEMBRANE SYSTEMS | |
Jeney et al. | Flow-injection potentiometry for the assay of potassium in biological fluids | |
Trojanek et al. | Flow-through coulometric stripping analysis and the determination of manganese by cathodic stripping voltammetry | |
Chiba et al. | Plate-shaped silver/silver halide reference electrode for determination of fluoride ion in microliter solution with fluoride ion selective electrode | |
EP0096117B1 (en) | Analyzer for chemical oxidizing or reducing agents | |
Nei | Some milestones in the 50-year history of electrochemical oxygen sensor development | |
Smith et al. | An all solid-state electrochemical electrolyte analyzer | |
Ray et al. | An Apparatus for Determining the Effect of Centrifugal Force on the Potentials of Galvanic Cells | |
RU142170U1 (en) | DEVICE WITH A ROTATING MEMBRANE DISK FOR THE STUDY OF ELECTRIC TRANSPORT CHARACTERISTICS OF ION EXCHANGE MEMBRANES |