RU2583162C1 - Amperometric method of measurement of concentration of ammonia in nitrogen - Google Patents
Amperometric method of measurement of concentration of ammonia in nitrogen Download PDFInfo
- Publication number
- RU2583162C1 RU2583162C1 RU2015107808/28A RU2015107808A RU2583162C1 RU 2583162 C1 RU2583162 C1 RU 2583162C1 RU 2015107808/28 A RU2015107808/28 A RU 2015107808/28A RU 2015107808 A RU2015107808 A RU 2015107808A RU 2583162 C1 RU2583162 C1 RU 2583162C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ammonia
- cell
- electrodes
- concentration
- gas
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Non-Biological Materials By The Use Of Chemical Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области газового анализа, в частности к детектирующим устройствам, применяемым для регистрации и измерения содержания аммиака в азоте. Изобретение может быть использовано для решения технологических задач и задач экологического контроля.The invention relates to the field of gas analysis, in particular to detecting devices used for recording and measuring the ammonia content in nitrogen. The invention can be used to solve technological problems and tasks of environmental control.
Известен способ определения концентрации аммиака (RU 2068560, опубл. 27.10.1996) [1]. Способ заключается в переводе аммиака в аэрозоль путем пропускания в течение не более 85 ч анализируемого воздуха над реагентом - кристаллогидратом азотнокислого железа. Перед пропусканием анализируемого воздуха реагент выдерживают до постоянной массы над раствором азотной кислоты концентрации 55-65 мас. %. Полученный аэрозоль направляют в электроиндукционный пылемер и регистрируют концентрацию аэрозоля в единицах концентрации аммиака. Способ характеризуется трудоемкостью, необходимостью использования расходных реагентов, длительностью анализа.A known method for determining the concentration of ammonia (RU 2068560, publ. 27.10.1996) [1]. The method consists in transferring ammonia to an aerosol by passing analyzed air over a reagent - crystalline nitrate of iron nitrate for no more than 85 hours. Before passing the analyzed air, the reagent is kept to a constant weight over a solution of nitric acid at a concentration of 55-65 wt. % The resulting aerosol is sent to an electro-induction dust meter and the aerosol concentration is recorded in units of ammonia concentration. The method is characterized by complexity, the need to use consumable reagents, the duration of the analysis.
Наибольшее распространение для измерения содержания аммиака получили способы с использованием покрытий, нанесенных на диэлектрик, которые адсорбируют аммиак из газа носителя. Так, известен датчик для определения аммиака (RU 2478942, опубл 10.05.2012) [2]. В результате адсорбции происходит изменение сопротивления этого покрытия и по величине изменения тока в цепи судят о концентрации аммиака в анализируемом газе. Данный способ измерения характеризуется плохой воспроизводимостью, т.к. нанесение покрытий с одинаковыми характеристиками по крупности, толщине, составу покрытия практически невозможно. Кроме того, с течением времени будет происходить пассивация покрытия, что изменит характеристики датчика.The most common methods for measuring the ammonia content are methods using dielectric coatings that adsorb ammonia from a carrier gas. So, the known sensor for determining ammonia (RU 2478942, publ. 05/10/2012) [2]. As a result of adsorption, a change in the resistance of this coating occurs and the magnitude of the current change in the circuit is used to judge the concentration of ammonia in the analyzed gas. This measurement method is characterized by poor reproducibility, because applying coatings with the same characteristics in size, thickness, coating composition is almost impossible. In addition, passivation of the coating will occur over time, which will change the characteristics of the sensor.
Известен способ измерения аммиака, в котором на подложку, являющуюся электродной площадкой пьезокварцевого резонатора, наносят поликристаллическую пленку селенида цинка, легированного селенидом кадмия. Этот способ реализован в газовом датчике (RU 2464552, опубл 22.04.2011) [3] и полупроводниковом газоанализаторе (RU 2464553, опубл. 10.05.2012) [4]. В зависимости от содержания аммиака в омывающем пленку газе, наблюдается изменение частоты колебаний пьезокварцевого резонатора. Данный способ измерения аммиака имеет те же недостатки, что и вышеописанные способы.A known method of measuring ammonia, in which a polycrystalline film of zinc selenide doped with cadmium selenide is applied to a substrate that is an electrode pad of a piezoelectric crystal. This method is implemented in a gas sensor (RU 2464552, publ. 04/22/2011) [3] and a semiconductor gas analyzer (RU 2464553, publ. 10.05.2012) [4]. Depending on the ammonia content in the gas washing the film, a change in the oscillation frequency of the piezoelectric crystal is observed. This method of measuring ammonia has the same disadvantages as the above methods.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ определения концентрации аммиака и его производных в газовой среде (RU 2473893, опубл. 27.01.2013) [5]. Для реализации способа используют сенсор, обладающий повышенной чувствительностью к диоксиду азота и к аммиаку, а также конвертер, в качестве которого может быть использована, например, подогреваемая трубка, наполненная катализатором или соединенная с нагревательным элементом диэлектрическая пластинка с нанесенным на нее слоем катализатора, способного превращать аммиак в оксиды азота, то есть каталитически окислять аммиак или его производные:Closest to the claimed invention is a method for determining the concentration of ammonia and its derivatives in a gaseous medium (RU 2473893, publ. 01.27.2013) [5]. To implement the method, a sensor is used that is highly sensitive to nitrogen dioxide and ammonia, as well as a converter, which can be used, for example, a heated tube filled with a catalyst or a dielectric plate coated with a heating element with a catalyst layer capable of converting it ammonia to nitrogen oxides, that is, catalytically oxidize ammonia or its derivatives:
Конвертер может работать в стационарном режиме, то есть непрерывно находиться при температуре, обеспечивающей каталитическое превращение, или в нестационарном режиме, при котором температура конвертера, обеспечивающая каталитическое превращение, сменяется температурой, при которой каталитическое превращение не протекает.The converter can operate in a stationary mode, that is, continuously at a temperature providing a catalytic conversion, or in a non-stationary mode at which the temperature of the converter providing a catalytic conversion is replaced by a temperature at which the catalytic conversion does not proceed.
Сенсор и конвертер помещают в камеру, имеющую отверстие для попадания в камеру исследуемой газовой среды. Оксиды азота, в отличие от аммиака, не уменьшают, а увеличивают сопротивление полупроводника n-типа в результате хемосорбции (акцепторный сигнал). После того, как аммиак и его производные превращаются в оксиды азота с помощью конвертера, измеряют электрическое сопротивление полупроводникового сенсора и по величине этого сопротивления определяют концентрацию аммиака в газовой среде. Способ обеспечивает высокую селективность и стабильность измерений.The sensor and the converter are placed in a chamber having an opening for the studied gas medium to enter the chamber. Nitrogen oxides, unlike ammonia, do not reduce, but increase the resistance of an n-type semiconductor as a result of chemisorption (acceptor signal). After ammonia and its derivatives are converted into nitrogen oxides using a converter, the electrical resistance of the semiconductor sensor is measured and the concentration of ammonia in the gas medium is determined by the value of this resistance. The method provides high selectivity and stability of measurements.
С помощью данного способа можно измерять содержание аммиака и его производных в воздушной или другой окислительной среде. В среде инертного газа, например азота, где свободный окислитель отсутствует, измерение концентрации аммиака описанным способом невозможно.Using this method, it is possible to measure the content of ammonia and its derivatives in air or other oxidizing medium. In an inert gas such as nitrogen, where there is no free oxidizing agent, it is not possible to measure the concentration of ammonia in the described manner.
Задача настоящего изобретения заключается в создании способа, позволяющего достаточно просто и надежно измерять содержание аммиака в азоте.The objective of the present invention is to provide a method that allows a fairly simple and reliable measurement of the ammonia content in nitrogen.
Для решения поставленной задачи предложен амперометрический способ измерения концентрации аммиака в азоте, заключающийся в том, что концентрацию аммиака в анализируемом газе определяют по зависимости изменения величины одной из электрических характеристик электрохимической ячейки от количества аммиака, окисленного на поверхности внутренних электродов электрохимической ячейки, выполненных из электродного материала, при этом в поток анализируемого газа помещают электрохимическую ячейку с полостью, образованной двумя дисками из кислородпроводящего твердого электролита, на противоположных поверхностях дисков расположены по паре электродов, к электродам дисков подают напряжение постоянного тока в пределах 400-500 мВ с подачей положительного полюса на внутренние электроды, посредством которого осуществляют электролиз паров воды, находящихся в анализируемом газе, и накачку полученного в результате электролиза кислорода из потока анализируемого газа в полость ячейки по электрохимической цепи: наружные электроды - твердые электролиты - внутренние электроды, в процессе достижения стационарного состояния, когда диффузионный поток продуктов окисления аммиака из полости ячейки станет равным поступающему потоку анализируемого газа, поступающего в нее, измеряют протекающий через ячейку предельный ток и по величине предельного тока, соответствующего содержанию кислорода, потраченного на окисление аммиака, определяют концентрацию аммиака в азоте. В качестве каталитического материала используют платину.To solve this problem, an amperometric method for measuring the concentration of ammonia in nitrogen is proposed, which consists in the fact that the concentration of ammonia in the analyzed gas is determined by the dependence of the change in the value of one of the electrical characteristics of the electrochemical cell on the amount of ammonia oxidized on the surface of the internal electrodes of the electrochemical cell made of electrode material while an electrochemical cell with a cavity formed by two disks of ki is placed in the flow of the analyzed gas solid conductive electrolyte, on opposite surfaces of the disks are arranged along a pair of electrodes, a DC voltage of 400-500 mV is applied to the electrodes of the disks with a positive pole supplied to the internal electrodes, through which electrolysis of water vapor in the analyzed gas is carried out, and the result of oxygen electrolysis from the flow of the analyzed gas into the cell cavity along the electrochemical circuit: external electrodes - solid electrolytes - internal electrodes, in the process f attaining the stationary state, when the diffusion flow of ammonia oxidation products from the cell cavity becomes equal to the incoming flow of the analyzed gas entering it, measure the limiting current flowing through the cell and determine the ammonia concentration in the limit current corresponding to the oxygen content spent on the oxidation of ammonia nitrogen. As the catalytic material, platinum is used.
Подача на электроды напряжения постоянного тока в пределах 400-500 мВ с подачей положительного полюса на электроды, находящиеся внутри ячейки, обеспечивает накачку кислорода, полученного в результате диссоциации присутствующей в газовой смеси влаги, из анализируемого газового потока в полость ячейки. В полости ячейки накачанный кислород взаимодействует с аммиаком, поступившим туда в смеси с азотом из анализируемой среды. При этом на поверхности внутренних электродов ячейки, выполненных из электродного материала, будет интенсивно идти процесс взаимодействия аммиака с кислородом в соответствии с реакциями (1, 2). При достижении напряжения постоянного тока величины 400-500 мВ ток стабилизируется и перестает расти с ростом напряжения. Полученный ток является предельным током, а его величина обусловлена газообменом между анализируемой средой и газом в полости ячейки. Величина предельного тока сенсора лимитируется диффузионным барьером - капилляром сенсора и связана с концентрацией аммиака (Иванов-Шиц, И.Мурин, Ионика твердого тела, том 2, С.-Петербург (2010). С. 964-965 уравнением (3):The DC voltage applied to the electrodes in the range of 400-500 mV with the positive pole applied to the electrodes located inside the cell, pumps the oxygen obtained by dissociation of the moisture present in the gas mixture from the analyzed gas stream into the cell cavity. In the cell cavity, the pumped oxygen interacts with ammonia, which is received therein in a mixture with nitrogen from the analyzed medium. In this case, the interaction of ammonia with oxygen will intensively proceed on the surface of the cell’s internal electrodes made of electrode material in accordance with the reactions (1, 2). When the DC voltage reaches 400-500 mV, the current stabilizes and stops growing with increasing voltage. The resulting current is the limiting current, and its value is due to gas exchange between the analyzed medium and the gas in the cell cavity. The limit current of the sensor is limited by the diffusion barrier — the capillary of the sensor and is associated with the concentration of ammonia (Ivanov-Shits, I. Murin, Solid State Ionika,
где:Where:
D(аммиак-инертный газ) - коэффициент диффузии аммиака в инертном газе, см2/с;D (ammonia-inert gas) is the diffusion coefficient of ammonia in an inert gas, cm 2 / s;
X(аммиак) - мольная доля аммиака в инертном газе;X (ammonia) - molar fraction of ammonia in an inert gas;
S - площадь сечения капилляра, мм2;S is the cross-sectional area of the capillary, mm 2 ;
Р - общее давление газовой смеси, атм;P is the total pressure of the gas mixture, atm;
Т - температура анализа, К;T is the analysis temperature, K;
L - длина капилляра, мм.L is the length of the capillary, mm
В соответствии с уравнением (3) достаточно легко рассчитать содержание аммиака по измеренному значению предельного тока IL(аммиак - инертный газ).In accordance with equation (3), it is quite easy to calculate the ammonia content from the measured value of the limiting current I L (ammonia is an inert gas) .
Новый технический результат, достигаемый заявленным способом, заключается в получении возможности измерения аммиака в смеси с инертным газом и упрощении измерительного устройства путем изготовления его из простого и хорошо изученного кислородпроводящего твердого электролита.A new technical result achieved by the claimed method is to obtain the possibility of measuring ammonia in a mixture with an inert gas and simplifying the measuring device by making it from a simple and well-studied oxygen-conducting solid electrolyte.
Изобретение иллюстрируется рисунками, где на фиг. 1 изображена электрохимическая ячейка для реализации способа; на фиг. 2 - вольт-амперная характеристика при анализе аммиака в смеси аммиак + азот при 500°C; на фиг. 3 - концентрационная зависимость величины предельного тока от концентрации аммиака в смеси с азотом. Электрохимическая ячейка для реализации способа измерения аммиака состоит из двух дисков 1, выполненных из кислородпроводящего твердого электролита состава 0,9ZrO2 + 0,1Y2O3. На противоположных поверхностях каждого из дисков 1 расположены по два наружных электрода 2 и по два внутренних электрода 3. Диски 1 соединены между собой газоплотным герметиком 4 с образованием внутренней полости. Между дисками находится капилляр 5. Подача напряжения на электроды 2 и 3 осуществляется от источника напряжения постоянного тока (ИПТ). Ток, возникающий в цепи ячейки, измеряется амперметром (А). Электрохимическая ячейка помещена в поток анализируемого газа, который омывает ее наружную поверхность и по капилляру 5 поступает во внутреннюю полость ячейки. Под действием напряжения постоянного тока, приложенного от источника (ИПТ) к электродам 2 и 3, причем на внутренние электроды 3 приложен плюс, через твердый кислородпроводящий электролит происходит накачка кислорода из анализируемого газа во внутреннюю полость ячейки. В полости поступивший кислород взаимодействует на поверхности каталитических электродов 3 с аммиаком. Образовавшиеся продукты взаимодействия, в соответствии с уравнениями (1-2), обмениваются через капилляр 5 с анализируемым газом. При этом капилляр 5 является диффузионным барьером, лимитирующим этот газовый поток обмена. Этому потоку обмена будет соответствовать и ток ячейки. При достижении приложенного напряжения величины в пределах 400-500 мВ, газообмен между полостью ячейки и анализируемой средой стабилизируется и в цепи устанавливается предельный диффузионный ток - IL(аммиак - азот), который измеряют с помощью амперметра (А). Посредством уравнения (3) по величине измеренного IL(аммиак - азот) можно определить величину X(аммиак), т.е. концентрацию аммиака в азоте.The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows an electrochemical cell for implementing the method; in FIG. 2 - current-voltage characteristic in the analysis of ammonia in a mixture of ammonia + nitrogen at 500 ° C; in FIG. 3 - concentration dependence of the limiting current on the concentration of ammonia in a mixture with nitrogen. The electrochemical cell for implementing the method of measuring ammonia consists of two
Таким образом, заявленный способ позволяет измерить содержание аммиака в смеси с азотом или другим инертным газом посредством амперометрической ячейки с кислородпроводящим твердым электролитом.Thus, the claimed method allows to measure the ammonia content in a mixture with nitrogen or other inert gas by means of an amperometric cell with an oxygen-conducting solid electrolyte.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015107808/28A RU2583162C1 (en) | 2015-03-05 | 2015-03-05 | Amperometric method of measurement of concentration of ammonia in nitrogen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015107808/28A RU2583162C1 (en) | 2015-03-05 | 2015-03-05 | Amperometric method of measurement of concentration of ammonia in nitrogen |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2583162C1 true RU2583162C1 (en) | 2016-05-10 |
Family
ID=55959818
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015107808/28A RU2583162C1 (en) | 2015-03-05 | 2015-03-05 | Amperometric method of measurement of concentration of ammonia in nitrogen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2583162C1 (en) |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1702278A1 (en) * | 1989-05-19 | 1991-12-30 | Предприятие П/Я А-3732 | Method for determination of ammonia concentration |
WO2001048466A2 (en) * | 1999-12-24 | 2001-07-05 | Robert Bosch Gmbh | Sensor element of a gas sensor for determining gas components |
EP1600768A1 (en) * | 2004-05-27 | 2005-11-30 | Membrapor AG | Ammonia sensor |
JP2006023234A (en) * | 2004-07-09 | 2006-01-26 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Ammonia gas detector and ammonia gas detecting method |
UA25267U (en) * | 2006-01-30 | 2007-08-10 | Eduard Borysovych Dorfman | Process for preparation of drug for oncologic diseases treatment |
RU2315986C1 (en) * | 2006-10-23 | 2008-01-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежская государственная технологическая академия" | Method of the quantitative determination of ammonia in the air of the industrial premises |
RU2319958C1 (en) * | 2007-01-23 | 2008-03-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Воронежская государственная технологическая академия | Method of determining microconcentrations of ammonia vapors in air |
JP2010048596A (en) * | 2008-08-20 | 2010-03-04 | Nippon Soken Inc | Ammonia detecting element and ammonia sensor equipped with the same |
JP2011013057A (en) * | 2009-07-01 | 2011-01-20 | Nippon Soken Inc | Method for detecting ammonia concentration |
-
2015
- 2015-03-05 RU RU2015107808/28A patent/RU2583162C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1702278A1 (en) * | 1989-05-19 | 1991-12-30 | Предприятие П/Я А-3732 | Method for determination of ammonia concentration |
WO2001048466A2 (en) * | 1999-12-24 | 2001-07-05 | Robert Bosch Gmbh | Sensor element of a gas sensor for determining gas components |
EP1600768A1 (en) * | 2004-05-27 | 2005-11-30 | Membrapor AG | Ammonia sensor |
JP2006023234A (en) * | 2004-07-09 | 2006-01-26 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Ammonia gas detector and ammonia gas detecting method |
UA25267U (en) * | 2006-01-30 | 2007-08-10 | Eduard Borysovych Dorfman | Process for preparation of drug for oncologic diseases treatment |
RU2315986C1 (en) * | 2006-10-23 | 2008-01-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежская государственная технологическая академия" | Method of the quantitative determination of ammonia in the air of the industrial premises |
RU2319958C1 (en) * | 2007-01-23 | 2008-03-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Воронежская государственная технологическая академия | Method of determining microconcentrations of ammonia vapors in air |
JP2010048596A (en) * | 2008-08-20 | 2010-03-04 | Nippon Soken Inc | Ammonia detecting element and ammonia sensor equipped with the same |
JP2011013057A (en) * | 2009-07-01 | 2011-01-20 | Nippon Soken Inc | Method for detecting ammonia concentration |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Carter et al. | Printed amperometric gas sensors | |
WO2018201135A1 (en) | Micro-electrochemical sensor | |
Tang et al. | Continuous amperometric hydrogen gas sensing in ionic liquids | |
US6090268A (en) | CO gas sensor and CO gas concentration measuring method | |
KR101488438B1 (en) | Electrochemical gas sensor | |
Schuster | Electrochemical microcalorimetry at single electrodes | |
RU2371713C2 (en) | Sensor for detecting hydrogen and method of making said sensor | |
RU2423688C1 (en) | Nano-semiconductor gas analyser | |
RU2483300C1 (en) | Solid electrolyte sensor for amperometric measurement of gas mixture moisture | |
RU2654389C1 (en) | Amperometric method of measurement of oxygen concentration in gas mixtures | |
Schelter et al. | Highly selective solid electrolyte sensor for the analysis of gaseous mixtures | |
RU2583162C1 (en) | Amperometric method of measurement of concentration of ammonia in nitrogen | |
RU2548614C1 (en) | Method of determining coefficient of combustion gas diffusion in nitrogen | |
RU2490623C1 (en) | Solid electrolyte sensor for potentiometric measurement of hydrogen concentration in gas mixtures | |
Midgley | Investigations into the use of gas-sensing membrane electrodes for the determination of carbon dioxide in power station waters | |
RU2483299C1 (en) | Solid-electrolyte sensor for amperometric measurement of hydrogen concentration in gas mixtures | |
RU2761936C1 (en) | Method for determining the volume fraction of hydrogen in gases and apparatus implementing said method | |
RU2635711C1 (en) | Device for measuring volume fraction and partial pressure of oxygen in gases | |
RU2755639C1 (en) | Amperometric method for measuring the content of carbon monoxide in inert gases | |
Guth et al. | Gas sensors | |
RU2683134C1 (en) | Solid-electrolyte potensiometric sensor for air humidity and small hydrogen concentration analysis | |
JPS5991358A (en) | Nitrous gas sensor | |
RU2563325C1 (en) | Amperometric method of measurement of flammable gases concentration in nitrogen | |
RU2788154C1 (en) | Amperometric method for measuring the concentration of hydrogen in air | |
RU2752801C1 (en) | Amperometric method for measuring concentration of nitric oxide in gas mixture with nitrogen |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170306 |