SU1035497A1

SU1035497A1 - Ac polarograph

Info

Publication number: SU1035497A1
Application number: SU823410469A
Authority: SU
Inventors: Сергей Витальевич Чертов; Юрий Алексеевич Иванов; Евгений Михайлович Кулагин; Юрий Афанасьевич Булатов
Priority date: 1982-03-22
Filing date: 1982-03-22
Publication date: 1983-08-15

Abstract

ПОЛЯРОГРАФ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА, содержащий генератор линейно измен ющегос напр жени , соединенный со схемой управлени , фазовращатель и генератор переменного напр жени , подключенные через гютенциостх1т к аноду чейки, к катоду которой последовательно подключены усилитель низкой частоты, фазовый детектор, фильтр, регистратор, а также источник опорных напр жений, отличающийс тем, что, с целью повышени чувствительности и производительности пол рографа , он содержит интегратор, след щую схему, коммутационную схему, фильтры низких и высоких частот, входы которых соединены с выходом усилител низкой частоты с целью положительной обратной св зи, состо щей из резистивно-транзисторного делител , причем затвор транзистора подключен к выходу интегратора, соединенного через коммутационную схему с источником опорных напр жений, вход след (/) щей схемы подключен к выходу фильтра С высоких частот, и коммутационна схема соединена со схемой управлени , а Q выход фильтра низких частот - с входом фазового детектора.AC POLAROGRAPH containing a linear voltage generator connected to a control circuit, a phase shifter and an alternating voltage generator connected via a switch to the anode of the cell, to the cathode of which a low-frequency amplifier, a phase detector, a filter, a recorder, as well as a source are connected to the cathode. reference voltage, characterized in that, in order to increase the sensitivity and performance of the polarograph, it contains an integrator, a following circuit, a switching circuit, low-pass filters and high frequencies, the inputs of which are connected to the output of a low frequency amplifier for the purpose of positive feedback, consisting of a resistor-transistor divider, the gate of the transistor being connected to the output of an integrator connected through a switching circuit with a source of reference voltages, the trace input (/) A circuit is connected to the output of the high-pass filter, and the switching circuit is connected to the control circuit, and the output of the low-pass filter is connected to the input of the phase detector.

Description

0000

елate

4 ;О vj4; About vj

Изобретение относитс к пол рографическому анализу и может быть использовано в приборах дл определени ультрамалых концентраций примесей в веществах -высокой чистоты, например, методом инверсионной вольтамперметрии .The invention relates to polarographic analysis and can be used in devices for determining ultra-small concentrations of impurities in substances of high purity, for example, by the method of stripping volt-ammeter.

Известны пол рографы переменного тока, содержащие генератор синусоидального напр жени , фазовращатель, генератор линейно измен ющегос напр жени , потенциостат, чейку, усилитель низкой частоты, фазовый детектор , фильтр и регистратор, Принцип работы этих приборов основан на v регистрации активной составл ющей переменного тока чейки - сигнала, вызванного электрохимической реакцией определ емой примеси в зависимости от линейно измен ющегос напр женИ на чейке рЗ.AC polarographs are known that contain a sinusoidal voltage generator, a phase shifter, a linearly varying voltage generator, a potentiostat, a cell, a low frequency amplifier, a phase detector, a filter, and a recorder. The principle of operation of these devices is based on v recording the active component of the AC cell - the signal caused by the electrochemical reaction of a detectable impurity depending on the linearly varying voltage on the cell РЗ.

Однако суммарный ток чейки содержит большой уровень остаточного тока - помехи, который определ етс в основном током, протекающим через емкость двойного сло чейки и может а дес тки и сотни раз превышать по амплитуде ток сигнала, преп тству его изменению.However, the total cell current contains a large level of residual current - interference, which is determined mainly by the current flowing through the capacitance of the cell double layer and can exceed the signal current by tens and hundreds of times in amplitude to prevent it from changing.

Известен также пол рограф, содержащий генератор линейно измен ющегос напр жени , св занный со схемой управлени , фазовращатель.и генератор .переменного нащз жени , подключенные через потенциоетат к аноду чейки, . к катоду которой последовательно подключены уси гитель низкой частоты, фазовый детектор, фильтр, регистратор, а также источник опорного напр жени 2..Also known is a polarograph containing a generator of a linearly varying voltage associated with a control circuit, a phase shifter and a generator of alternating voltage connected via potential to the anode of the cell,. The cathode of which is connected in series with a low-frequency amplifier, phase detector, filter, recorder, as well as a source of reference voltage 2 ..

В пол рографе повышение чувствительности и расширение диапазона пол рографировани достигаетс за счет более полной компенсации остаточногр тока. При этом используетс то, что, во-первых, емкостный ток имеет V-образную зависимость от потенциала, также как и активна составл юща остаточного тока, нараста на границе диапазона пол рографировани , во-вторых , в зависимости от установленного сдвига фазы йЧ емкостна слагаема .помехи может складыватьс или вычитатьс , в третьих,и.,« иIn a polarograph, an increase in sensitivity and an extension of the polarization range is achieved due to more complete compensation of the residual current. It uses the fact that, firstly, the capacitive current has a V-shaped dependence on the potential, as well as the residual current component that is active, the height at the boundary of the polarization range, and secondly, depending on the established phase shift, the capacitive term Interference may be added or subtracted, thirdly, and., "and

чтоwhat

wowo

позвол ет использовать достаточно 55 малый ДЧ, не искажающий результат измерени сигнала. Все это позвол ет, в принципе, путем небольшого фазовогоallows you to use enough 55 small DF, not distorting the measurement result of the signal. All this allows, in principle, through a small phase

сдвига добитьс полной взаимной компенсации активной и емкостной составл ющих остаточного тока при одном любом значении потенциала на чейке, т.е. остаточный ток может, в принципе , скомпенсиройать только в.одной точке. Кроме Toroj этот прибор не компенсирует суммарное сопротивление цепи исследуемого электрода. Следует также отметить, что за врем сгемки пол рограммы за счет U-образной Зависимости емкости двойного сло Cjv от потенциала, фарадеевской со-, ставл ющей Сф и R в измерительной цепи пол ррграфа возникает дополнительный фазовый сдвигshift to achieve complete mutual compensation of the active and capacitive components of the residual current at one of the potential values on the cell, i.e. The residual current can, in principle, be compensated only at one point. In addition to Toroj, this device does not compensate for the total resistance of the circuit of the electrode under study. It should also be noted that during the time of the scrolling of the program due to the U-shaped Dependence of the capacitance of the double layer Cjv on the potential, the Faradaic component, Cf and R, an additional phase shift arises in the measuring circuit of the p-graph field.

Rx(C() (О где йСл - приращение емкости свойнрго сло за врем съемки пол рограммы; Rx (C () (О where lSl is the increment of the capacity of the own layer during the recording of the program;

NW - кругова рабоча частота, что приводит к увеличению величины наклона остаточного тока, к отграничению чувствительности метода и увеличению погрешности измерений. Недостатком прибора вл етс также необходимость в дополнительной настройке фазового угла между вектором опорного напр жени и вектором активной составл ющей напр жени на входе детектора так, чтобы ёмкостна помеха на вь(Ходе фильтра была всегда направлена встречно активной помехи, причем эта настройка нарушаетс при изменени х Са. и В, что снижает производительность прибора.NW - circular operating frequency, which leads to an increase in the magnitude of the residual current slope, to the delimitation of the sensitivity of the method and an increase in measurement error. The drawback of the device is also the need for additional adjustment of the phase angle between the vector of the reference voltage and the vector of the active component of the voltage at the detector input so that the capacitive disturbance on the bridge (the filter course is always directed oppositely to the active noise, and this setting is violated Ca. and B, which reduces the performance of the device.

Цель изобретени - повышение чувствительности и производительности пол рографа, а также расширениеThe purpose of the invention is to increase the sensitivity and performance of the polygraph, as well as the expansion

диапазона пол рографировани .range of flooring.

1 one

Поставленна цель достигаетс тем, что в пол рограф переменного тока, содержащий генератор линейно измен ющегос напр жени , соединенный со схемой управлени , фазовращатель и генератор переменного напр жени , подключенные через потенциостат к аноду чейки, к катоду которой последовательно подключены усилитель низкой частоты, фазовый детектор, фильтр, регистратор, а также источник опорных напр жений, дополнительно введены интегратор, след ща схема, коммутационна схема, фильтры низких и высоких частот, входы которых соединены с выходом усилител низкой часTOTJJ с цепью положительной обратной св зи, состо щей из резистивно-транзисторного делител , причем затвор транзистора подключен к выходу интегратора , соединенного через коммутационную схему с источником опорных напр жений, вход след щей схемы подключен к выходу фильтра высоких частот , и.коммутационна схема св зана со схемой управлени , а выход фильтра низких частот - с входом фазового детектора. На фиг. 1 приведена схема пол рографа; на фиг. 2 - изменени напр жени х на затворе транзистора U во времени t. Прл рограф содержит генератор линейно .измен ющегос напр жени 1, соединенный с потенциостатом 2 и схемой управлени 3.К потенциостату при соединены также чейки t и фазовраща тель 5, вл ющийс нагрузкой генератора синусоидального напр жени 6. К катоду чейки присоединены последо вательно усилитель низкой частоты 7, фильтр низких частот 8, фазовый дете тор 9, фильтр 10 и регистратор 11. К выходу усилител низкой частоты по следовательно подключены фильтр высоких частот 12 и след ща схема 13. В цепи положительной обратной св з,и (ПОС) усилител 7 в.качестве регулируемого резистора включен полевой транзистор , затвор которогоприсоединен к выходу интегратора 15, св занно1;о через коммутационную 16 с источником опорных напр жений Т7. Причем след ща схема 13 и коммутационна схема 16 св заны со схемой управлени 3. Устройство со держит также резисторы 18 и 19. Работа прибора заключаетс в следующем . . . Условием полной компенсации сум-, марного согчэотивлени Rjs цепи исследуемого электрода вл етс равенство Zex« -RS , где Z. - входное сопротивление усии А -- . ител низкой частоты в точке 2. Условие (2) выполн етс при оптимальном значении кoэффицf1eнтa ПОС ,-, з. Rr где К - собственный коэффициент уси лени усилител низкой частоты; Rj - токоизмерительный резистор. Согласно анализу устойчивости сис темы потенцирстат - чейка - усилитель низкой частоты граничное значение коэффициента ПОС равно А L /. J 1Г.(1 R- . КК -fQ Сравнива услови (3) И и) легко убедитьс , что ct и с. равны между собой, т.е. 100%-на компенсаци R происходит на границе устойчивости . Это обсто тельство позвол ет использовать возникновение автоколебаний в системе в качестве количественного критери установки oL . ; В исходном состо нии интегратор 15 имеет нулевое выходное напр жение, которое соответствует минимальному значению величины сопротивлени сток- исток RtjB. В этом случае коэффициент . ПОС (сА. -5-Щ-) практически равен % нулю, Одновременно с установкой на чейке потенциала начала пол рогра))ировани схема управлени замыкает контакты 1бА коммутационной схемы, с. помощью которых вход интегратора 15 подключаетс к источнику огюрных напр жений . С выхода интегратора линейно измен ющеес напр жение подаетс на затвор полевого транзистора И, измен Vro сопротивление КщИ, следовательно , глубину ПОС усилител низ. кой частоты 7. Введение ПОС по току эквиалентно включению в цепь катода отрицательного сопротивлени , компенсирующего R. Глубина ПОС увеличиваетс до тех пор, пока на выходе усилител низкой частоты не по в тс высокочастотные автоколебани маж)й амплитуды, которые выдел ютс , усиливаютс фильтром высоких частот ФВЧ 12 и подаютс на вход след щей схемы 13- Сигнал управлени с выхода след щей схемы подаетс на один из входов.схемы управлени 3, котора , размыкает ключ 1бА и замыкает 1бБ на определённое врем tj. Одновременно схема управлени отключает вход след щей схемы от выхода фильтра высоких частот на врем и/О Ч -w7 где ли - разница напр жений на затворе транзистора И, при которых происходит возникновение генерации и ее затухание (фиг. 2), причем это напр жение соответствует- изменению сопротивлени дес тки Ом;The goal is achieved in that an alternating current polarograph containing a generator of linearly varying voltage, connected to a control circuit, a phase shifter and an alternating voltage generator connected through a potentiostat to the anode of the cell, to the cathode of which a low-frequency amplifier is sequentially connected, a phase detector , filter, recorder, as well as a source of reference voltages, an integrator, a tracking circuit, a switching circuit, low and high frequency filters, whose inputs are connected to the output a low-frequency TOTJ amplifier with a positive feedback circuit consisting of a resistive-transistor divider, the gate of the transistor connected to the output of an integrator connected through a switching circuit with a voltage source, the input of a high-pass filter, and. the switching circuit is connected to the control circuit, and the output of the low-pass filter is connected to the input of the phase detector. FIG. 1 is a diagram of a polygraph; in fig. 2 - voltage variations at the gate of the transistor U with time t. The scanner contains a generator of linearly varying voltage 1 connected to potentiostat 2 and control circuit 3. Cells t and phase shifter 5 are connected to the potentiostat, which is the load of the sinusoidal voltage generator 6. A low-power amplifier is connected to the cathode of the cell frequency 7, low pass filter 8, phase detector 9, filter 10, and recorder 11. A low pass filter 12 and a following circuit 13 are connected to the low frequency amplifier output. In the positive feedback circuit, and (POS) will amplify Ae 7 V. As an adjustable resistor, a field effect transistor is connected, the gate connected to the output of the integrator 15 is connected1; About through the switching 16, to the source of the reference voltage T7. Moreover, the following circuit 13 and the switching circuit 16 are connected to the control circuit 3. The device also contains resistors 18 and 19. The operation of the device is as follows. . . The condition for complete compensation of the total, marginally coherent Rjs circuit of the electrode under study is the equality Zex ex -RS, where Z. is the input impedance A -. low frequency at point 2. Condition (2) is satisfied at the optimal value of the coefficient of the PIC coefficient, -, h. Rr where K is the own amplification factor of the low-frequency amplifier; Rj - current-measuring resistor. According to the analysis of the stability of the potentiostat - cell system, the low frequency amplifier, the limiting value of the PIC coefficient is A L /. J 1G. (1 R-. KK -fQ Comparing conditions (3) and I) it is easy to see that ct and c. equal to each other, i.e. 100% compensation R occurs at the stability boundary. This circumstance allows us to use the occurrence of self-oscillations in the system as a quantitative criterion for the installation of oL. ; In the initial state, the integrator 15 has a zero output voltage, which corresponds to the minimum value of the drain-source resistance value RtjB. In this case, the coefficient. PIC (sA. -5-S-) is practically equal to% zero. Simultaneously with the installation of a cell on the cell of the start of the floor of the program)), the control circuit closes the contacts 1bA of the switching circuit, p. by means of which the input of the integrator 15 is connected to the source of the fire pressure. From the output of the integrator, a linearly varying voltage is applied to the gate of the field-effect transistor I, changing the Vro resistance of the capacitor, therefore, the depth of the POS amplifier bottom. 7. Introduction of current PIC is equivalent to the inclusion of negative resistance compensating R in the cathode circuit. The PIC depth increases until high amplitude oscillations of amplitude that are amplified by the high filter are observed at the output of the low-frequency amplifier frequencies of the HPF 12 and are fed to the input of the following circuit 13. The control signal from the output of the follower circuit is fed to one of the inputs of the control circuit 3, which opens the key 1bA and closes 1bB for a certain time tj. At the same time, the control circuit shuts off the input of the following circuit from the output of the high-pass filter for time and / О Ч -w7 where is the voltage difference across the gate of the transistor And at which generation occurs and its attenuation occurs (Fig. 2), and this voltage corresponds to the change in resistance of ten ohms;

Claims

POLAROGRAPH AC. comprising a linearly varying voltage generator connected to a control circuit, a phase shifter and an alternating voltage generator connected through a potentiostat to the cell anode, to the cathode of which a low-frequency amplifier, a phase detector, a filter, a recorder, and a reference voltage source are connected, characterized in that , in order to increase the sensitivity and performance of the polarograph, it contains an integrator, a tracking circuit, a switching circuit, low and high frequency filters, the inputs of which are connected are connected to the output of a low-frequency amplifier for the purpose of positive feedback, consisting of a resistive-transistor divider, and the gate of the transistor is connected to the output of an integrator connected through a switching circuit to a voltage source, the input of the following circuit is connected to the output of a high-pass filter, and a switching circuit connected to the control circuit, and the output of the low-pass filter with the input of the phase detector.

SU _t , 1035497>

1 1035497 2