RU2230312C1 - Procedure measuring concentration of ions of metals in solution - Google Patents
Procedure measuring concentration of ions of metals in solution Download PDFInfo
- Publication number
- RU2230312C1 RU2230312C1 RU2002132637/28A RU2002132637A RU2230312C1 RU 2230312 C1 RU2230312 C1 RU 2230312C1 RU 2002132637/28 A RU2002132637/28 A RU 2002132637/28A RU 2002132637 A RU2002132637 A RU 2002132637A RU 2230312 C1 RU2230312 C1 RU 2230312C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- working electrode
- metal
- concentration
- solution
- solid phase
- Prior art date
Links
Landscapes
- Investigating And Analyzing Materials By Characteristic Methods (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике, в частности к способам измерения концентрации металлов в растворе, и может быть использовано, например, на производстве печатных плат для экспрессного определения концентрации ионов меди и железа (III) или в пунктах приема серебросодержащих отходов для экспрессного определения серебра в отработанных фиксажных растворах.The present invention relates to measuring equipment, in particular to methods for measuring the concentration of metals in a solution, and can be used, for example, in the manufacture of printed circuit boards for the rapid determination of the concentration of copper and iron (III) ions or in points of reception of silver-containing waste for the express determination of silver in spent fixative solutions.
Известен метод атомной абсорбции для определения концентрации ионов металлов в растворе (Зеленцова А.М., Мазняк Н.В./ Заводская лаборатория. 1989. Т. 55. №12. С.30-31). Анализ по методу атомной абсорбции является дорогостоящим. Громоздкость, стационарность и высокая стоимость ограничивают широкое использование такой аппаратуры в небольших лабораториях.The known method of atomic absorption for determining the concentration of metal ions in solution (Zelentsova AM, Maznyak N.V. / Factory laboratory. 1989. T. 55. No. 12. P.30-31). Atomic absorption analysis is expensive. The bulkiness, stationary and high cost limit the widespread use of such equipment in small laboratories.
К другим недостаткам этого метода можно отнести необходимость большого разбавления исходного раствора, а чтобы определить концентрации ионов двух металлов в общем растворе, например ионов меди и железа (III), требуется время для замены лампы и перенастройки аппаратуры. Кроме этого, при работе на такой аппаратуре со сжатыми и взрывоопасными газами требуется соблюдение определенных мер предосторожности.Other disadvantages of this method include the need for a large dilution of the initial solution, and to determine the concentration of two metal ions in a common solution, for example, copper and iron (III) ions, it takes time to replace the lamp and reconfigure the equipment. In addition, when working on such equipment with compressed and explosive gases, certain precautions must be observed.
Известен вольтамперометрический метод определения концентрации металлов в растворе (прототип), например серебра на графитовом электроде в отработанных отбеливающе-фиксажных растворах (Кирюшов В.Н., Вайс А.А., Маслий А.И./Заводская лаборатория. 2000. Т. 66. №8. С.9-11).Known voltammetric method for determining the concentration of metals in a solution (prototype), for example silver on a graphite electrode in spent bleaching and fixing solutions (Kiryushov V.N., Vays A.A., Masliy A.I. / Factory Laboratory. 2000. T. 66 No. 8. S.9-11).
В таком методе аналитическим сигналом является катодный пик восстановления металла на электроде, который в растворах травления печатных плат и отработанных отбеливающе-фиксажных растворах частично перекрывается пиком восстановления Fe(III) - обязательного компонента таких растворов. Это значительно осложняет анализ и снижает точность результатов.In this method, the analytical signal is the cathodic peak of metal reduction on the electrode, which partially overlaps the peak of Fe (III) reduction, an essential component of such solutions, in the etching solutions of printed circuit boards and spent bleaching-fixing solutions. This greatly complicates the analysis and reduces the accuracy of the results.
Задача, решаемая заявленным способом, заключается в снижении погрешности анализа за счет избирательного определения концентраций двух металлов.The problem solved by the claimed method is to reduce the analysis error due to the selective determination of the concentrations of two metals.
Поставленная задача решается благодаря тому, что в заявляемом способе измерения концентрации металлов в растворе путем электрохимического восстановления одного металла, образующего твердую фазу на поверхности обновляемого рабочего электрода и без образования твердой фазы другого металла, в качестве обновляемого рабочего электрода используют обкладку кварцевого резонатора, находящуюся в контакте с раствором, поляризуют его заданным потенциалом, соответствующим предельному току восстановления металла, образующего твердую фазу на поверхности рабочего электрода, и по массе осадка этого металла на рабочем электроде определяют его концентрацию в растворе, а по скорости уменьшения массы осадка при разрыве цепи между рабочим и вспомогательным электродами определяют концентрацию металла, участвующего в окислительно-восстановительном процессе без образования твердой фазы.The problem is solved due to the fact that in the inventive method of measuring the concentration of metals in solution by electrochemical reduction of one metal forming a solid phase on the surface of an updated working electrode and without the formation of a solid phase of another metal, a quartz resonator lining in contact is used as an updated working electrode with the solution, polarize it with a given potential corresponding to the limiting current of reduction of the metal forming the solid phase at the surface of the working electrode, and the concentration of this metal on the working electrode determines the concentration in the solution, and the concentration of the metal involved in the redox process without the formation of a solid phase is determined by the rate of decrease in the mass of the precipitate during open circuit between the working and auxiliary electrodes.
Предпочтительно массу осадка на поверхности рабочего электрода определяют на основании измерения частоты сигнала кварцевого резонатора.Preferably, the mass of the precipitate on the surface of the working electrode is determined based on the measurement of the frequency of the signal of the quartz resonator.
Обновление поверхности рабочего электрода от массы осадка металла проводят путем растворения этого осадка в гальваностатическом режиме.Updating the surface of the working electrode from the mass of the metal precipitate is carried out by dissolving this precipitate in the galvanostatic mode.
Окончание растворения осадка металла на рабочем электроде фиксируется по скачку его потенциала относительно электрода сравнения.The end of the dissolution of the metal precipitate at the working electrode is fixed by the jump of its potential relative to the reference electrode.
Проведенный анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, позволил установить, что способы, характеризующиеся признаками, идентичными всем существующим признакам заявляемого, не обнаружены.The analysis of the prior art, including a search by patent and scientific and technical sources of information, made it possible to establish that methods characterized by features identical to all existing features of the claimed were not found.
Заявляемый способ по отношению к прототипу обладает следующими существенными отличительными признаками:The inventive method in relation to the prototype has the following significant distinguishing features:
- рабочим электродом, находящимся в контакте с раствором, является обкладка (токоподвод) кварцевого резонатора;- the working electrode in contact with the solution is the lining (current supply) of the quartz resonator;
- рабочий электрод поляризуют заданным потенциалом, соответствующим предельному току восстановления металла, образующего твердую фазу на рабочем электроде;- the working electrode is polarized with a given potential corresponding to the limiting current of reduction of the metal forming the solid phase on the working electrode;
- концентрацию металла в растворе, участвующего в электрохимическом процессе с образованием твердой фазы, определяют по массе осадка этого металла на рабочем электроде;- the concentration of the metal in the solution involved in the electrochemical process with the formation of a solid phase is determined by the mass of the precipitate of this metal on the working electrode;
- концентрацию металла в растворе, участвующего в электрохимическом процессе без образования твердой фазы, определяют по скорости уменьшения массы осадка металла, участвующего в электрохимическом процессе с образованием твердой фазы.- the concentration of the metal in the solution participating in the electrochemical process without the formation of a solid phase is determined by the rate of decrease in the mass of the metal precipitate participating in the electrochemical process with the formation of a solid phase.
Совокупность существенных отличий заявляемого способа и взаимосвязь между ними по сравнению с выбранным прототипом позволяет решить поставленную задачу и сделать вывод о соответствии заявляемого способа критерию “новизна” по действующему законодательству.The set of significant differences of the proposed method and the relationship between them compared with the selected prototype allows us to solve the problem and draw a conclusion about the conformity of the proposed method to the criterion of “novelty” according to the current legislation.
Сведений об известности отличительных признаков заявляемого способа в совокупности признаков известных способов с достижением тех же результатов, как у заявляемого, не найдено. На основании этого сделан вывод о соответствии заявляемого способа критерию “изобретательский уровень”.Information about the fame of the distinguishing features of the proposed method in the aggregate of the features of known methods with the same results as the claimed, was not found. Based on this, it was concluded that the proposed method meets the criterion of "inventive step".
Определение концентрации металла, участвующего в электрохимическом процессе с образованием твердой фазы на рабочем электроде, по массе осадка металла, а по скорости уменьшения массы осадка этого металла на рабочем электроде определение концентрации другого металла, не образующего твердую фазу в электрохимическом процессе, обеспечивает экспрессность и снижение погрешности анализа за счет селективного определения концентраций этих металлов в растворе.The determination of the concentration of the metal involved in the electrochemical process with the formation of a solid phase on the working electrode, by the mass of the metal precipitate, and the rate of decrease in the mass of the precipitate of this metal on the working electrode, the determination of the concentration of another metal that does not form the solid phase in the electrochemical process, provides expressivity and error reduction analysis due to the selective determination of the concentrations of these metals in solution.
Поляризация рабочего электрода заданным потенциалом, соответствующим предельному току восстановления металла, образующего твердую фазу на рабочем электроде, обеспечивает пропорциональность между концентрацией этого металла в растворе и массой его осадка на рабочем электроде.Polarization of the working electrode with a given potential corresponding to the limiting current of reduction of the metal forming the solid phase on the working electrode provides proportionality between the concentration of this metal in solution and the mass of its precipitate on the working electrode.
Разрыв цепи между рабочим и вспомогательным электродами обеспечивает пропорциональность между скоростью уменьшения массы осадка и концентрацией металла, участвующего в окислительно-восстановительном процессе без образования твердой фазы.An open circuit between the working and auxiliary electrodes provides a proportionality between the rate of decrease in the mass of the precipitate and the concentration of the metal involved in the redox process without the formation of a solid phase.
Использование обкладки (токоподвода) кварцевого резонатора в качестве рабочего электрода обеспечивает пропорциональность между массой осадка металла (массой обкладки) и частотой сигнала кварцевого резонатора.The use of the lining (current supply) of the quartz resonator as a working electrode provides proportionality between the mass of the metal deposit (lining mass) and the signal frequency of the quartz resonator.
Растворение осадка металла на рабочем электроде в гальваностатическом режиме обеспечивает подготовку поверхности рабочего электрода для последующих измерений, а фиксация скачка потенциала рабочего электрода относительно электрода сравнения указывает на окончание анодного растворения осадка металла.The dissolution of the metal deposit on the working electrode in the galvanostatic mode provides the preparation of the surface of the working electrode for subsequent measurements, and the fixing of the jump in the potential of the working electrode relative to the reference electrode indicates the end of the anode dissolution of the metal precipitate.
На чертеже представлено устройство для реализации способа.The drawing shows a device for implementing the method.
Устройство содержит ячейку 1, предназначенную для заполнения ее электролитом 2, в который погружены рабочий электрод 3, являющийся одной из обкладок (токоподводов) кварцевого резонатора 4, находящейся в контакте с раствором, вспомогательный электрод 5 и электрод сравнения 6. Электроды: рабочий 3, вспомогательный 5 и сравнения 6 подключены к потенциостату-гальваностату 7. Обкладки (токоподводы) кварцевого резонатора 4 подключены к цепи кварцевого генератора 8.The device contains a cell 1, designed to fill it with electrolyte 2, into which the working electrode 3 is immersed, which is one of the plates (current leads) of the quartz resonator 4 in contact with the solution, an auxiliary electrode 5 and a comparison electrode 6. Electrodes: working 3, auxiliary 5 and comparisons 6 are connected to the potentiostat-galvanostat 7. The plates (current leads) of the crystal oscillator 4 are connected to the circuit of the crystal oscillator 8.
Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.
Подлежащий анализу раствор заливают в ячейку 1 и измеряют частоту колебаний кварцевого генератора ω1. Проводят катодное осаждение металла на рабочий электрод 3 при заданном потенциале, соответствующем предельному току восстановления металла, образующего твердую фазу на рабочем электроде. По окончании осаждения этого металла измеряют частоту колебаний генератора ω2. Концентрацию металла в растворе определяют по градуировочному графику:The solution to be analyzed is poured into cell 1 and the oscillation frequency of the crystal oscillator ω 1 is measured. The cathodic deposition of metal on the working electrode 3 is carried out at a given potential corresponding to the limiting current of reduction of the metal forming a solid phase on the working electrode. At the end of the deposition of this metal, the oscillation frequency of the generator ω 2 is measured. The metal concentration in the solution is determined by the calibration graph:
где C1 - концентрация металла в растворе, образующего твердую фазу на рабочем электроде, г/л;where C 1 is the concentration of metal in the solution forming a solid phase on the working electrode, g / l;
Δm1 - масса осадка металла на рабочем электроде, г.Δm 1 - mass of metal precipitate on the working electrode,
Массу осадка Δm определяют по формулеThe sediment mass Δm is determined by the formula
где Δω - разностная частота, Гц;where Δω is the difference frequency, Hz;
К - константа чувствительности кварцевого резонатора:K is the sensitivity constant of the quartz resonator:
где ω0 - резонансная частота кварцевого резонатора, Гц;where ω 0 is the resonant frequency of the quartz resonator, Hz;
S - площадь рабочего электрода, см2;S is the area of the working electrode, cm 2 ;
μ - скорость распространения ультразвуковой волны, г·с-2·см-1;μ is the propagation velocity of the ultrasonic wave, g · s -2 · cm -1 ;
ρ - плотность кварца, г·см-3.ρ is the density of quartz, g · cm -3 .
Для определения концентрации металла в растворе, не образующего твердую фазу на рабочем электроде, разрывают электрическую цепь потенциостата-гальваностата между рабочим 3 и вспомогательным 5 электродами и измеряют скорость уменьшения массы осадка на рабочем электроде, вызванную протеканием окислительно-восстановительной реакции, например:To determine the concentration of metal in a solution that does not form a solid phase on the working electrode, the electric circuit of the potentiostat-galvanostat between the working 3 and auxiliary 5 electrodes is broken and the rate of decrease in the mass of the precipitate on the working electrode, caused by a redox reaction, is measured, for example:
Cu0+Fe3+ → Си2++Fe2+ Cu 0 + Fe 3+ → Cu 2+ + Fe 2+
Концентрацию металла в растворе, не образующего твердую фазу на рабочем электроде (С2), определяют по градуировочному графику:The metal concentration in the solution, which does not form a solid phase on the working electrode (C 2 ), is determined by the calibration curve:
где Δm2 - изменение массы осадка за промежуток времени Δt.where Δm 2 is the change in sediment mass over a period of time Δt.
По окончании измерения концентрации металла (С2) проводят, если это необходимо, анодное растворение оставшегося осадка металла на рабочем электроде 3 в гальваностатическом режиме. Окончание процесса анодного растворения фиксируют по скачку потенциала рабочего электрода 3 по отношению к электроду сравнения 6.At the end of the measurement of the metal concentration (C 2 ), if necessary, anodic dissolution of the remaining metal deposit on the working electrode 3 is carried out in galvanostatic mode. The end of the anodic dissolution process is fixed by a jump in the potential of the working electrode 3 with respect to the reference electrode 6.
Пример определения меди и железа(III).An example of the determination of copper and iron (III).
Анализируемый раствор помещают в рабочую ячейку. Рабочий электрод - обкладка (из золота) кварцевого резонатора находится в контакте с раствором (см. чертеж). Электрод сравнения - насыщенный каломельный электрод, вспомогательный - платиновая проволока. Фиксируют исходную частоту колебаний кварцевого генератора (при токе, равном нулю) ω1. Проводят осаждение меди на рабочем электроде при заданном потенциале, соответствующем предельному току восстановления, например -500 мВ относительно насыщенного каломельного электрода, в течение заданного времени, например 10 с. По окончании времени осаждения фиксируют частоту колебаний кварцевого генератора ω2. Разрывают электрическую цепь потенциостата-гальваностата между рабочим и вспомогательным электродами и фиксируют изменение частоты кварцевого генератора с течением времени.The analyzed solution is placed in a working cell. Working electrode - the lining (of gold) of the quartz resonator is in contact with the solution (see drawing). The reference electrode is a saturated calomel electrode, the auxiliary one is a platinum wire. The initial oscillation frequency of the crystal oscillator is fixed (at a current equal to zero) ω 1 . Copper is deposited on the working electrode at a given potential corresponding to a limiting recovery current, for example, -500 mV relative to a saturated calomel electrode, for a predetermined time, for example 10 s. At the end of the deposition time, the oscillation frequency of the crystal oscillator ω 2 is fixed. The electric circuit of the potentiostat-galvanostat is broken between the working and auxiliary electrodes and the frequency variation of the crystal oscillator is recorded over time.
Массу осажденной меди находят по формуле (2). Концентрацию ионов меди в растворе определяют по градуировочному графику (1).The mass of precipitated copper is found by the formula (2). The concentration of copper ions in the solution is determined by the calibration curve (1).
По изменению частоты кварцевого генератора при разрыве электрической цепи между рабочим и вспомогательным электродами определяют скорость растворения осадка меди на рабочем электроде Δm2/Δt. Концентрацию ионов железа(III) в анализируемом растворе определяют по градуировочному графику (4).By changing the frequency of the crystal oscillator when the electric circuit between the working and auxiliary electrodes is broken, the dissolution rate of the copper deposit on the working electrode is Δm 2 / Δt. The concentration of iron (III) ions in the analyzed solution is determined by the calibration graph (4).
Результаты определения, полученные по предлагаемому способу, представлены в таблице, где n - число опытов; С - концентрация металла, ±δ - доверительный интервал среднего значения найденной концентрации, вычисленный с вероятностью 95%.The determination results obtained by the proposed method are presented in the table, where n is the number of experiments; C is the metal concentration, ± δ is the confidence interval of the average value of the found concentration, calculated with a probability of 95%.
Таким образом, в предложенном способе измерения концентрации ионов металлов в растворе по массе осадка металла, образующего в электрохимическом процессе твердую фазу на рабочем электроде, определяется его концентрация и обеспечивается возможность определения концентрации металла, не образующего в электрохимическом процессе твердую фазу на рабочем электроде, что способствует повышению экспрессности и снижению погрешности анализа.Thus, in the proposed method for measuring the concentration of metal ions in a solution by the mass of a metal precipitate forming a solid phase in an electrochemical process, its concentration is determined and it is possible to determine the concentration of a metal that does not form a solid phase in an electrochemical process on a working electrode, which contributes to increase expressivity and reduce the error of analysis.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002132637/28A RU2230312C1 (en) | 2002-12-04 | 2002-12-04 | Procedure measuring concentration of ions of metals in solution |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002132637/28A RU2230312C1 (en) | 2002-12-04 | 2002-12-04 | Procedure measuring concentration of ions of metals in solution |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2230312C1 true RU2230312C1 (en) | 2004-06-10 |
| RU2002132637A RU2002132637A (en) | 2004-06-10 |
Family
ID=32846502
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2002132637/28A RU2230312C1 (en) | 2002-12-04 | 2002-12-04 | Procedure measuring concentration of ions of metals in solution |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2230312C1 (en) |
-
2002
- 2002-12-04 RU RU2002132637/28A patent/RU2230312C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| КИРЮШОВ В.Н. и др. Заводская лаборатория. 2000, т. 66, №8, с.9-11. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Jones et al. | Piezoelectric transducer for determination of metals at the micromolar level | |
| JPH0820417B2 (en) | Cyclic voltammetry method for measuring the concentration of plating bath additive components | |
| US10006885B2 (en) | QCM sensor and method of manufacturing the same | |
| Al-Ghamdi et al. | Electrochemical studies of new pyridazinium-based ionic liquid and its determination in different detergents | |
| Nomura et al. | Electrodeless piezoelectric quartz crystal and its behaviour in solutions | |
| Ostapczuk et al. | Determination of cadmium, lead and copper in wine by potentiometric stripping analysis | |
| JP2004279167A (en) | Measuring method, measurement signal output circuit and measuring device | |
| RU2230312C1 (en) | Procedure measuring concentration of ions of metals in solution | |
| Slepski et al. | On-line measurement of cell impedance during charging and discharging process | |
| US6798222B2 (en) | Migration measuring method and measuring apparatus | |
| Lange et al. | Thermodynamics of the xanthoconite-proustite and pyrostilpnite-pyrargyrite phase transition as determined by abrasive stripping voltammetry | |
| US3523066A (en) | Determination of combined carbon in metals | |
| US3134728A (en) | Process and device for detecting the intensity of ultrasonic energy | |
| US20040020772A1 (en) | Method and system for measuring active animal glue concentration in industrial electrolytes | |
| Slepchenko et al. | An electrochemical sensor for detecting selenium in biological fluids on an arenediazonium tosylate-modified metal electrode | |
| Andersen et al. | Using the electrochemical quartz crystal microbalance as stripping detector. Application to trace mercury analysis | |
| US20230280309A1 (en) | Systems, Devices, and Methods for Electrochemical Water Analysis | |
| RU2750290C1 (en) | Method for determining rate of dissolution of oxide in oxide-halide melt | |
| JP2003166974A (en) | Method and apparatus for determining sulfur in metal sample | |
| SU1348666A1 (en) | Device for determining temperature effects on electrode - cathode boundary | |
| RU2408878C1 (en) | Method of determining organic substances | |
| RU2002132637A (en) | METHOD FOR MEASURING METAL ION CONCENTRATION IN SOLUTION | |
| RU2107286C1 (en) | Method of determination of octadecylamine concentration in water heat carrier and device intended for its realization | |
| SU1141311A1 (en) | Diffusion coefficient determination method | |
| SU658442A1 (en) | Method of measuring the function of surface tension of solid electrode versus potential |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20091205 |