RU2192632C1

RU2192632C1 - Procedure determining concentration of components in multicomponent solutions

Info

Publication number: RU2192632C1
Application number: RU2001118028/28A
Authority: RU
Inventors: В.В. Берцев; В.Б. Борисов; В.М. Немец; Ю.А. Пиотровский; В.Б. Смирнов; А.А. Соловьев
Original assignee: НИИ Российский центр лазерной физики при Санкт-Петербургском государственном университете
Priority date: 2001-06-20
Filing date: 2001-06-20
Publication date: 2002-11-10

Abstract

FIELD: control over technological parameters of multicomponent solutions. SUBSTANCE: refractive indices n₁ and n₂ of sample of analyzed substance on wave lengths λ₁ and λ₂ correspondingly are measured. Values of refractive indices n₁ and n₂ are measured in addition for same wave lengths in substance having composition close to analyzed substance but not containing determined component. Then difference Δn₁ = |n₂-n₁| and average value

of difference are found and ratio

Description

Изобретение относится к области контроля технологических параметров многокомпонентных растворов, а именно концентрации растворов, и может быть использовано для измерения концентрации растворенных веществ в технологических аппаратах гидрометаллургического, химического и других производств. The invention relates to the field of monitoring the technological parameters of multicomponent solutions, namely the concentration of solutions, and can be used to measure the concentration of dissolved substances in technological devices of hydrometallurgical, chemical and other industries.

Известен способ измерения концентрации водного раствора аскорбиновой кислоты, заключающийся в том, что при его осуществлении регистрируют отраженный от контролируемой среды световой поток и световой поток, прошедший через контролируемую среду, при этом среду перемешивают и нагревают до полного растворения аскорбиновой кислоты, регистрируют экстремум от суммарного сигнала, равного сумме отраженного от контролируемой среды и прошедшего через контролируемую среду световых потоков, и по температуре, соответствующей экстремуму, определяют концентрацию раствора (RU 2006838, G 01 N 21/85, опубл. 30.01.94). A known method of measuring the concentration of an aqueous solution of ascorbic acid, which consists in the fact that when it is carried out, the light flux reflected from the controlled medium and the light flux passing through the controlled medium are recorded, the medium is mixed and heated until the ascorbic acid is completely dissolved, and the extremum from the total signal is recorded equal to the sum of the light flux reflected from the controlled medium and transmitted through the controlled medium, and the temperature corresponding to the extremum is determined they determine the concentration of the solution (RU 2006838, G 01 N 21/85, publ. 30.01.94).

Недостатком этого способа является то, что необходимы измерения многих параметров, что снижает его точность, а также метод сложен для использования. The disadvantage of this method is that it is necessary to measure many parameters, which reduces its accuracy, and the method is difficult to use.

Известен рефрактометр, реализующий способ определения концентрации раствора путем погружения измерительной части изогнутого световода в контролируемую среду, пропускания через световод светового пучка, регистрации прошедшего светового пучка фотоприемником, определения коэффициента пропускания световода и идентификации полученного значения для концентрации раствора (а.с. СССР 518703, G 01 N 21/46, опубл. 25.06.76). A refractometer is known that implements a method for determining the concentration of a solution by immersing the measuring part of a bent fiber in a controlled medium, transmitting a light beam through a fiber, registering the transmitted light beam with a photodetector, determining the transmittance of the fiber and identifying the obtained value for the solution concentration (AS USSR 518703, G 01 N 21/46, publ. 25.06.76).

Недостатками этого способа является возможность совпадения результатов измерений концентраций разных компонент исследуемого раствора в случае совпадения их дисперсионных зависимостей и недоопределенность системы уравнений, необходимых для идентификации параметров без изменения параметров многокомпонентных растворов, т.е. способ не обладает необходимой избирательностью, а следовательно, не является точным. The disadvantages of this method are the possibility of coincidence of the measurement results of the concentrations of different components of the test solution in the case of the coincidence of their dispersion dependencies and the underdetermination of the system of equations necessary to identify the parameters without changing the parameters of multicomponent solutions, the method does not have the necessary selectivity, and therefore is not accurate.

Задачей изобретения является создание способа определения концентрации компонентов раствора, в котором вследствие усреднения возможных вариаций относительного состава неопределяемых компонентов в исследуемом веществе увеличивается точность и, следовательно, чувствительность измерений, а путем учета дисперсии близкого по составу вещества, не содержащего определяемый компонент, достигают большей чувствительности метода измерений относительно состава неопределяемых компонентов. The objective of the invention is to provide a method for determining the concentration of the components of the solution, in which, due to averaging of possible variations in the relative composition of undetectable components in the test substance, the accuracy and, therefore, the sensitivity of measurements are increased, and by taking into account the dispersion of a close-in composition substance that does not contain the determined component, the method is more sensitive measurements regarding the composition of undetectable components.

Вышеуказанный технический результат достигается за счет того, что в способе определения концентрации компонентов многокомпонентных растворов путем рефрактометрического измерения показателя преломления n₁ образца исследуемого вещества на длине волны λ₁ и последующего нахождения концентрации определяемого компонента, при этом дополнительно измеряют значение показателя преломления n₂ образца исследуемого вещества на длине волны λ₂, а также дополнительно измеряют значения показателей преломления n'₁ и n'₂ для тех же длин волн в веществе, близком к исследуемому по составу, но не содержащем определяемый компонент, затем определяют разность Δn₁ = |n₂-n₁| и среднее значение разности

находят соотношение

по значению которого определяют искомую концентрацию.The above technical result is achieved due to the fact that in the method for determining the concentration of the components of multicomponent solutions by refractometric measurement of the refractive index n _{1 of the} sample of the test substance at a wavelength λ ₁ and subsequent determination of the concentration of the determined component, the value of the refractive index n ₂ of the test substance is additionally measured at a wavelength λ ₂ and the additional measured values of refraction n _'1 and n' ₂ indices for the same wavelength in substance e, close to the test composition, but not containing component is determined, then, the difference Δn ₁ = | n ₁ -n ₂ | and the average value of the difference

find the ratio

the value of which determines the desired concentration.

В данном случае мы оперируем на последнем этапе не только одной разностью показателей преломления Δn для разных длин волн

а отношением разностей Δn₁ и Δn₂, где Δn₁ соответствует указанной выше Δn₁, a Δn₂ - среднему значению измеренной дополнительно разнице показателей преломления n'₁ и n₂ на тех же длинах волн для веществ, близких к исследуемому по составу, но не содержащий определяемый компонент, затем определяют разности

находят соотношение Δn₁/Δn₂, по значению которого определяют искомую концентрацию. Физически это означает, что в этом случае устраняется влияние дисперсии основы вещества на результат измерений и влияние различного характера зависимости n от температуры. При таком подходе из-за усреднения возможных вариаций относительного состава неопределяемых компонентов в исследуемом веществе увеличивается точность и, следовательно, чувствительность измерений. Отметим, что за счет учета дисперсии близкого по составу вещества, не содержащего определяемый компонент, достигается большая чувствительность метода измерений относительно состава неопределяемых компонентов.In this case, we operate at the last stage not only with one difference in refractive indices Δn for different wavelengths

and by the ratio of the differences Δn ₁ and Δn ₂ , where Δn ₁ corresponds to the above Δn ₁ , and Δn ₂ - the average value of the measured additional difference in refractive indices n ' ₁ and n ₂ at the same wavelengths for substances close to the composition under study, but not containing a detectable component, then the differences are determined

find the ratio Δn ₁ / Δn ₂ , the value of which determines the desired concentration. Physically, this means that in this case the influence of the dispersion of the base of the substance on the measurement result and the influence of the different nature of the dependence of n on temperature are eliminated. With this approach, due to averaging of possible variations in the relative composition of undetectable components in the test substance, the accuracy and, therefore, the sensitivity of the measurements increases. It should be noted that by taking into account the dispersion of a close-in-composition substance that does not contain a detectable component, a greater sensitivity of the measurement method to the composition of undetectable components is achieved.

Изобретение поясняется фиг.1 и 2. The invention is illustrated in figures 1 and 2.

На фиг.1 показана блок-схема установки, с помощью которой может быть пояснен предложенный способ, а на фиг.2 - пример зависимости изменения показаний рефрактометра для двух различных веществ на двух длинах волн. Figure 1 shows the block diagram of the installation, with which the proposed method can be explained, and figure 2 is an example of the dependence of changes in the readings of the refractometer for two different substances at two wavelengths.

Способ можно пояснить таким образом. The method can be explained in this way.

На фиг.1 показан блок управления 3, который задает частоту и скважность источника света 2, осуществляет переключение источников света с различной длиной волны, осуществляет стабилизацию интенсивности источников света, получая сигнал с контрольного фотоприемника 1; вносит поправки в индицируемый сигнал в соответствии с температурой анализируемой жидкости в соответствии с данными датчика температуры 8, который погружен в анализируемую жидкость 7. Световой поток от источника света 2 проходит по рефрактометрическому датчику 5, частично поглощаясь на переходе "датчик-жидкость", и регистрируется фотоприемником 4. При этом уровень сигнала, принимаемого фотоприемником 4, зависит от концентрации вещества в растворе 7. Сигнал от фотоприемника 4 поступает на блок индикации 6. Затем блок управления 3 изменяет длину волны источника света 2, при этом он подает на блок индикации 6 сигнал о том, какой источник света в данный момент включен, и при этом оператор снимает с блока индикации 6 показания, соответствующие данной длине волны источника света 2. Figure 1 shows the control unit 3, which sets the frequency and duty cycle of the light source 2, switches the light sources with different wavelengths, stabilizes the intensity of the light sources, receiving a signal from the control photodetector 1; corrects the displayed signal in accordance with the temperature of the analyzed liquid in accordance with the temperature sensor 8, which is immersed in the analyzed liquid 7. The light flux from the light source 2 passes through the refractometric sensor 5, partially absorbed at the sensor-liquid transition, and is recorded photodetector 4. In this case, the level of the signal received by photodetector 4 depends on the concentration of the substance in the solution 7. The signal from photodetector 4 is fed to indication unit 6. Then, control unit 3 changes the length well, the waves of the light source 2, while it sends a signal to the display unit 6 which light source is currently on, and the operator takes readings from the display unit 6 corresponding to the given wavelength of the light source 2.

На фиг.2 доказана зависимость коэффициента преломления исследуемой среды K^N от длины волны λ источника света 2. При изменении длины волны источника света 2, как видно из фиг. 2, коэффициенты преломления раствора и соответственно концентрации растворенных веществ могут сравняться и без изменения длины волны источника света их невозможно было бы различить.In Fig. 2, the dependence of the refractive index of the test medium K ^N on the wavelength λ of the light source 2 is proved. When the wavelength of the light source 2 changes, as can be seen from FIG. 2, the refractive indices of the solution and, accordingly, the concentration of dissolved substances can be equalized and it would be impossible to distinguish them without changing the wavelength of the light source.

Таким образом, по крайней мере однократное изменение длины волны источника света позволяет селективно определить концентрации компонентов многокомпонентных растворов с высокой степенью точности. Thus, at least a single change in the wavelength of the light source allows one to selectively determine the concentrations of the components of multicomponent solutions with a high degree of accuracy.

Claims

A method for determining the concentration of components of multicomponent solutions by refractometric measurement of the refractive index n _{1 of the} sample of the test substance at a wavelength of λ ₁ and subsequent determination of the concentration of the determined component, characterized in that they further measure the value of the refractive index n _{2 of the} sample of the test substance at a wavelength of λ ₂ and additionally measure the refractive indices n ' ₁ and n' ₂ for the same wavelengths in a substance close to the composition being studied, but not containing distributed component, then determine the difference Δn ₁ = | n ₂ -n ₁ | and the average value of the difference

find the ratio

the value of which determines the desired concentration.