UA66644A - Method for determining concentration of substance - Google Patents

Description

Опис винаходу

Винахід відноситься до спектрофотометрії, зокрема, до вимірювання концентрації речовин та матеріалів за 2 поглинанням ультрафіолетового випромінювання і може бути використаний для визначення концентрації речовин у технологічних розчинах з підвищеною точністю та у широкому діапазоні значень концентрації.

Відомий спосіб визначення концентрації (Баркан М.Я., Каралис В.Н. Двухканальньйй ультрафиолетовьй фотометр. Приборьї и техника зксперимента, Мо5, 1977. - с.166-167), який полягає в тому, що монохроматичне ультрафіолетове випромінювання розділяють на два потоки, один з яких пропускають через досліджувану 70 речовину, а другий - пропускають через послаблювач, перетворюють вихідні потоки у напруги Ц, од, а про концентрацію досліджуваної речовини судять згідно з рівнянням вимірювання

Мих У Мр СО де 4 - коефіцієнт пропорційності.

Недоліком цього способу є недостатня точність вимірювання та обмеженість діапазону значень концентрацій.

Дані недоліки обумовлені нестабільністю функції перетворення (ФП) чутливого елемента фотоприймача, що приводить до появи адитивної та мультиплікативної складових систематичної похибки. Крім того, відомий спосіб не виключає похибки, обумовленої поглинанням ультрафіолетового випромінювання стінками кювети та елементами оптичного тракту.

Відомий спосіб визначення концентрації, що описаний в а. с. Российской Федерации Мо2012868 501М21/61

Бюл. Моб, 1994г., який полягає в тому, що формують монохроматичне ультрафіолетове випромінювання заданої інтенсивності та довжини хвилі, заповнюють в певній послідовності складану кювету, яка містить робочу камеру і камеру порівняння заданих розмірів, досліджуваним технологічним розчином та розчином порівняння, пропускають через ці розчини монохроматичне ультрафіолетове випромінювання, перетворюють інтенсивності мМонохроматичного ультрафіолетового випромінювання, що пройшло Через розчини, за допомогою « фотоелектричного перетворювача у відповідні дійсні значення електричних напруг, запам'ятовують їх значення, а значення концентрації визначають згідно з заданим рівнянням надлишкових вимірювань.

Недоліком цього способу також є недостатня точність вимірювання, обумовлена нестабільністю параметрів функції перетворення ультрафіолетового випромінювання у дійсні значення напруги. Крім того, відомий спосіб не Ж виключає похибки, обумовленої поглинанням ультрафіолетового випромінювання стінками кювети та « елементами оптичного тракту.

Відомий також спосіб визначення концентрації (а. с. СССР Мо1807356 301М21/85 Бюл. Мо13, 1993г.),вякому формують монохроматичне ультрафіолетове випромінювання, пропускають його через складану кювету, робоча с камера якої заповнена досліджуваною речовиною, а камера порівняння - водою або іншим розчинником в якому відсутня досліджувана речовина, вимірюють довжину хвилі монохроматичного випромінювання до отримання (Се) мінімального значення електричної напруги Ц,, заповнюють камеру порівняння розчином порівняння з концентрацією, яка дозволяє змінити електричну напругу на величину, що перевищує чутливість приймача випромінювання, вимірюють відповідну електричну напругу 2 , знову заповнюють камеру порівняння розчином « порівняння та вимірюють довжину хвилі монохроматичного випромінювання до значення, при якому значення - с електричної напруги кратне порогу чутливості приймача випромінювання, вимірюють відповідну електричну й напругу Ша, а концентрацію визначають у відповідності за аналітичним співвідношенням и? со. М до х й

ВСАА - 3) (22)

Ге) де с, - концентрація досліджуваної речовини; Су - концентрація речовини порівняння; я42Ах) - показник

Ге»! частотної дисперсії коефіцієнту поглинання речовини порівняння, який визначається в процесі калібрування; |, ї» 20 та» - товщини робочої камери та камери порівняння, відповідно.

Т» Відомий спосіб виключає похибку, обумовлену поглинанням ультрафіолетового випромінювання стінками кювети та елементами оптичного тракту.

Однак, відомому способу притаманні наступні недоліки. Відомий спосіб не забезпечує високу точність формування різних довжин хвиль та визначення показника частотної дисперсії коефіцієнту поглинання. Відомий спосіб потребує використання складаної кювети з відомими лінійними розмірами. Вплив зовнішніх факторів вн. навколишнього середовища (наприклад, температури) призводить до зміни лінійних розмірів її та із складаної кювети. Згідно з рівнянням вимірювання (1), зміна лінійних розмірів приводить до додаткових похибок вимірювання концентрації С, . Недоліком відомого способу визначення концентрації є також необхідність 60 логарифмування вихідного сигналу фотоприймача. Реалізація операції логарифмування за допомогою аналогових логарифматорів не може бути здійснена з великою точністю. Ще одним недоліком відомого способу є необхідність високоточного визначення показника частотної дисперсії коефіцієнту поглинання. Це також приводить до зростання мультиплікативної складової похибки вимірювання концентрації сС,. 65 В основу винаходу покладена задача створення такого способу визначення концентрації, в якому шляхом зміни умов виконання операцій, забезпечилось би підвищення точності вимірювання при нестабільній функції перетворення інтенсивності ультрафіолетового випромінювання у напругу.

Поставлена задача вирішується тим, що в способі визначення концентрації речовини, при якому формують монохроматичне ультрафіолетове випромінювання заданої інтенсивності та довжини хвилі, заповнюють камеру порівняння складаної кювети розчином з нормованою за розміром концентрацією с, досліджуваної речовини, а робочу камеру - технологічним розчином з невідомою концентрацією С, , пропускають через складану кювету монохроматичне ультрафіолетове випромінювання та перетворюють його інтенсивність у відповідне дійсне значення електричної напруги, вимірюють та запам'ятовують отримане значення з подальшим визначенням 70 концентрації у відповідності із заданим рівнянням надлишкових вимірювань, перед заповненням робочої камери складаної кювети технологічним розчином з концентрацією С, , пропускають через складану кювету, камера порівняння якої заповнена розчином з концентрацією сі, монохроматичне ультрафіолетове випромінювання, перетворюють його інтенсивність в напругу Пі протягом заданого інтервалу часу 4ї, після вимірювання та 75 запам'ятовування отриманого значення заповнюють камеру порівняння розчином з нормованою за розміром концентрацією Со досліджуваної речовини (іс. -(Сіре1Аср, де (Ас іа), - - середньоквадратичне відхилення значень похибки п результатів вимірювань за надійною імовірністю Р-0,95), пропускають через складану кювету з зазначеним розчином монохроматичне ультрафіолетове випромінювання, перетворюють його інтенсивність в напругу Ша протягом заданого інтервалу часу 4ї, вимірюють та запам'ятовують отримане 20 : : значення, заповнюють робочу камеру технологічним розчином з концентрацією с, , пропускають через складану кювету з зазначеними розчинами монохроматичне ультрафіолетове випромінювання, перетворюють його інтенсивність в напругу Ша протягом заданого інтервалу часу 4ї, вимірюють та запам'ятовують отримане значення, заповнюють камеру порівняння розчином з концентрацією су, здійснюють перетворення інтенсивності 25 й й У о, монохроматичного ультрафіолетового випромінювання, яке пройшло Через технологічні розчини з « концентраціями Сі та С, , в напругу 4 також протягом заданого інтервалу часу АЇї, після вимірювання та запам'ятовування отриманого значення зливають технологічні розчини з складаної кювети, виключають проходження монохроматичного ультрафіолетового випромінювання Через незаповнені камери складаної «Її 30 кювети і перетворюють інтенсивність темпового потоку у напругу 5 протягом заданого інтервалу часу 4ї, « вимірюють та запам'ятовують отримане значення, а концентрацію досліджуваної речовини визначають у відповідності з рівнянням надлишкових вимірювань ісе) пам 5 Зв), ї-о

Кз - 5 а - Це) 35 Сх - ФМ - рр 2-5, (Се) пап 75 зп 2 - в де сі та С. - нормовані за розміром концентрації розчинів порівняння; « коефіцієнт пропорційності по - 2. - 40 , , щ , . с На фіг. приведена структурна схема пристрою для вимірювання концентрації досліджуваної речовини у технологічних розчинах у діапазоні ультрафіолетових довжин хвиль, де 1 - джерело монохроматичного ч» випромінювання, 2 та З - фокусуючі лінзи ультрафіолетового випромінювання, 4 - складана кювета, 5 - робоча п камера для досліджуваного розчину, б - камера порівняння для розчину з нормованою концентрацією, 7 - 45 приймач оптичного випромінювання з передпідсилювачем, 8 - квадратор, 9 - керований інтегратор, 10 - б узгоджуючий підсилювач, 11 - цифровий мілівольтметр. Причому вздовж оптичної вісі розташовані послідовно з'єднані між собою джерело 1 монохроматичного випромінювання, фокусуючі лінзи 2 та З ультрафіолетового (22) випромінювання, складана кювета 4 з робочою камерою 5 для досліджуваного розчину та камерою порівняння 6 о для розчину з нормованою концентрацією і приймач 7 оптичного випромінювання з передпідсилювачем, вихід 5р Якого через квадратор 8, керований інтегратор 9, узгоджуючий підсилювач 10 з'єднаний зі входом цифрового ї- мілівольтметра 11.

Т» Суть запропонованого способу полягає в наступному. Формують монохроматичне ультрафіолетове випромінювання заданої інтенсивності Ід та довжини хвилі Х. Заповнюють камеру порівняння технологічним розчином з нормованою за розміром концентрацією С, досліджуваної речовини. Пропускають через складану 25 кювету з цим розчином монохроматичне ультрафіолетове випромінювання. Перетворюють його інтенсивність в. протягом заданого інтервалу часу 4ї в дійсне значення напруги 1 2 щ о Пов Фі я де Вусенюк со ка Вот Водв з ще 60 де ду - час вимірювання ( 4. - 1-0 141); щі) - напруга, яка отримана в результаті перетворення інтенсивності ультрафіолетового випромінювання, що пройшло через складану кювету з розчином концентрації

Сі; та Кк. - коефіцієнти поглинання, відповідно, досліджуваної речовини та технологічного розчину; Вод - бо оптичне послаблення, що вноситься стінками кювети та елементами оптичного тракту; Во - показник забруднення скла робочої камери кювети; "м та І» - товщини робочої камери та камери порівняння, відповідно; в - крутизна перетворення ультрафіолетового випромінювання у напругу, причому Іівлі- Галі улі де

Ж: 15 пр - відносна похибка чутливості від зміни нахилу характеристики фотоелектричного перетворення під дією дестабілізуючих факторів; ли - зміщення функції перетворення з урахуванням похибки від нестабільності положення функції перетворення, причому їм - їАщі і | де зд - адитивна похибка.

Після вимірювання та запам'ятовування отриманого значення Цш заповнюють камеру порівняння тим самим 70 розчином, але з нормованою за розміром концентрацією с» (сере сірі ) досліджуваної речовини.

Причому, значення концентрації С. відрізняється від попереднього значення су на значення асо. Останнє вибирається таким, що могло бути визначено з необхідною точністю за шкалою вимірювального приладу, тобто сфе зір (З) ів (ас)» зів) де 7 - середньоквадратичний відхил похибки " результатів вимірювань за довірительною імовірністю Р-:0,95.

Пропускають через складану кювету з цим розчином монохроматичне ультрафіолетове випромінювання.

Перетворюють його інтенсивність протягом заданого інтервалу часу 4ї в дійсне значення напруги й (З

Ше я Тіое 1 Фа - дек сяной со) кавові з А '

Кз де й» - час вимірювання (425 - Ка | - 51-14); чай) - напруга, яка отримана в результаті перетворення інтенсивності ультрафіолетового випромінювання, що пройшло через складану кювету з розчином концентрації «

Се.

Після вимірювання та запам'ятовування отриманого значення Ц. заповнюють робочу камеру технологічним розчином з невідомою концентрацією с, досліджуваної речовини. Пропускають монохроматичне «г ультрафіолетове випромінювання через складану кювету з розчинами. «

Перетворюють його інтенсивність протягом заданого інтервалу часу 4ї в дійсне значення напруги (Се) їв й ово (5) це -коле а Іде Кесено оно сьо фа ка, Вол а ви З ДЛ Ге (Се) де йіз - час вимірювання (А 3 - Ж» | - Ка - 1241); чз() - напруга, яка отримана в результаті перетворення інтенсивності ультрафіолетового випромінювання, що пройшло через складану кювету з розчинами концентрацій Се та с,. « 20 Після вимірювання та запам'ятовування отриманого значення Шу заповнюють камеру порівняння розчином з пла) с концентрацією Сі досліджуваної речовини. Пропускають монохроматичне ультрафіолетове випромінювання "» через складану кювету з розчинами. Перетворюють його інтенсивність протягом заданого інтервалу часу АЇ в п НЯ дійсне значення напруги т б 17 з в Ку сіна ос нс ка Ва Во є 2) ца - --- По в - де ККСхсвнка хіо2а кг бала ДА

Ф пи ВІ " (о) І І де лід - час вимірювання (ій 41 - 71 - Кв р; чай) - напруга, яка отримана в результаті перетворення (о) й . . . - інтенсивності ультрафіолетового випромінювання, що пройшло через складану кювету з розчинами щ» концентрацій су та су.

Чл» Після вимірювання та запам'ятовування отриманого значення Од зливають технологічні розчини зі складаної кювети. Виключають проходження монохроматичного ультрафіолетового випромінювання через незаповнені камери складаної кювети. Перетворюють інтенсивність темнового потоку протягом заданого інтервалу часу 4ї в дійсне значення напруги 1 2 (

Ше -- Див Фу) й -

Авт а 60 де й - час вимірювання (А 5 - Ка | - Ка 1-14); че() - напруга, яка отримана в результаті перетворення інтенсивності ультрафіолетового випромінювання, що пройшло через незаповнені камери складаної кювети.

Вимірюють та запам'ятовують отримане значення вихідної напруги в. 65 Вибір однакового за значенням інтервалу часу 4 (й а а дон й; - у обумовлено необхідністю забезпечення рівноточностних вимірювань напруг Ц5,05 03 Ша Шь.

Визначають концентрацію досліджуваної речовини у відповідності з рівнянням надлишкових вимірювань ж МЕМ Ов) (з ЗШ а -

Сходу 17155 п»їй--- 5 54- - -

Ша - в

Розглянемо суть запропонованого способу на прикладі роботи пристрою вимірювання концентрації (див. фіг.).

Вмикають живлення установки. В результаті на відліковому пристрої цифрового мілівольтметра 11 висвітлюються нулі. Джерело 1 монохроматичного випромінювання генерує ультрафіолетове випромінювання заданої інтенсивності Ід та довжини хвилі У. т В першому такті вимірювання заповнюють камеру порівняння 6 складаної кювети 4 розчином з нормованою за розміром концентрацією Сі. досліджуваної речовини. Пропускають через складану кювету з розчином монохроматичне ультрафіолетове випромінювання джерела 1. Перетворюють його інтенсивність за допомогою фотоприймача 7 в електричну напругу цій). Отримують середній квадрат вихідної напруги фотоприймача 7 за допомогою квадратора 8. Інтегрують вихідну напругу інтегратором 9 протягом заданого інтервалу часу Аї. Це може бути здійснено шляхом ввімкнення інтегратора в заданий момент часу та вимкнення його через інтервал часу 4Її. Вимірюють і запам'ятовують цифровим мілівольтметром 11 отримане значення м; (Мі |! т БИ ,де 8 - крутість перетворення напруги в цифровий код) напруги Ч,, на виході узгоджуючого підсилювача 10.

В другому такті вимірювання зливають розчин, що знаходився у камері порівняння 6, заповнюють її тим « самим розчином, але з нормованою за розміром концентрацією С. досліджуваної речовини. Аналогічним чином, як і в першому такті, вимірюють і запам'ятовують цифровим мілівольтметром 11 отримане значення М» (

М.|- 5Щ2у) напруги Шо на виході узгоджуючого підсилювача 10. «

В третьому такті заповнюють робочу камеру 5 складаної кювети 4 технологічним розчином з невідомою « концентрацією С, досліджуваної речовини. Знову вимірюють і запам'ятовують цифровим мілівольтметром 11 отримане значення М» (Ма |- 15 Ш»)|) напруги Ша на виході узгоджуючого підсилювача 10. ї-о

В четвертому такті зливають розчин, що знаходився у камері порівняння 6, заповнюють камеру порівняння ее, розчином з концентрацією Су досліджуваної речовини. Як і в попередніх тактах вимірюють і запам'ятовують Ге) цифровим мілівольтметром 11 отримане значення ма (Ма; Ша, )напруги Ш4 на виході узгоджуючого підсилювача 10.

В п'ятому такті зливають технологічні розчини зі складаної кювети 4. Виключають проходження « 20 монохроматичного ультрафіолетового випромінювання джерела 1 через незаповнені камери складаної кювети і -в с протягом часу 4ї перетворюють інтенсивність темпового потоку за допомогою фотоприймача 7 в електричну напругу. Також вимірюють і запам'ятовують цифровим мілівольтметром 11 отримане . "» значення М5 (Ме |! - Шк напруги ШО», на виході узгоджуючого підсилювача 10.

Визначають концентрацію досліджуваної речовини у відповідності з рівнянням числових значень р 15 о - Мем -М5) о, й Ма - Ме) 0Ма - Ме)

Сх (С; - с - 60-62 2 (22) па п- 1-5.

Ма - Ме ме) яке відповідає рівнянню надлишкових вимірювань (8). їх 20 Покажемо, що, дійсно, за допомогою запропонованих рівнянь надлишкових вимірювань забезпечується одержання позитивного ефекту. Для цього в рівняння (8) підставимо вирази (2), (4)-(7). Тоді: с» 60 б5 іп 75202 т Ов) се-с:-с0 бо піва тів) - 17-65 п.п 2-5

Ше - п По ес етно Сенат Во в я А А де Ксенкай СафачкаВа-ви)в дО АМУ ст-су пов Кескнсон с С КСВ вв З АШСАО дв КК С сін сек СВ на вав КАШСАЦВ й 7 вес ста Ср екаю ва Вод р АШ-АЦУ па дові сет сова Висвиов, ж АШСАЮУ

Пд вс ен са ка Вата) в) дес ана Се) ака Ват в) сс Шия пкт рятв тк ри як дит ож тя жів ек их ле ли (27) оре тнсай Се кава Вау й 76 га рес юстнйтст ви вв у

Іа ес сенс с ета Вова в. ві Качка Со з канав в З

Метт со асистенти вт, вс сте сс кт ви ви 220-222 еокенссевив 7 пап сенат соків вих ! ва стей СО Санки сво яву п еч- КК суне нос нс ДІНК Су сн я о, ногІ АК В ВД 19 -б-с ! Ве скай сіе ках Во Ву й пат ес КсСеной-с І2-к344-Ва Ва) се Іпей- с ткайс Кабан Са ДК а сватват |дебКосх ко ос осенс | КК Сх нога Сх ж СД а ЖК В ответ 2 7со по ДЕС сорт сваєво - ВС сенай сор асваєвоо й -(сз сус яка а- сО|- ес нка 0- са 3Фо - Ка Вол Ве) - СЕСх Сі) еко - (Ск СА Де Сх т Сх) нка 0 -0Сх са - ЖКо Вол Во) ве пасік ка - 03 - Кан -Воп - Ві) - СКС» КУА Са - Ко - Вод - Вод пе -с,-с ую ке кас - Киса -Ка КУСОК, с) ка - Ка СКС, са) ко - Ка (С, СО 7 пар ст- ка екс - (Кор еВод кВ) (Ся еко - КС (т Во квиоК -с.-с ускся -к5 к;сі- КСО косо кис, Кс ока - кас, - Косі кис, КіСо - КС, - Ка Са) -с-с) ск - кас, - 7 па КС КУ Кос КІС ню - Кк; яп ть - з - бик - Ко 2С (Кк -Каї; -(с:-с х -с баб доз сою

Таким чином, введення нової сукупності та послідовності операцій вимірювання різних за розміром концентрацій і використання нового рівняння надлишкових вимірювань дало можливість підвищити точність « вимірювання концентрації речовин у технологічних розчинах, зменшити час вимірювання за рахунок мінімізації кількості операцій та оптимізації порядку їх виконання.

На відміну від прототипу, запропонований спосіб не потребує: використання керованого (двохвильового) « зо джерела ультрафіолетового випромінювання; визначення з високою точністю показника частотної дисперсії коефіцієнту поглинання; використання складаної кювети з відомими лінійними розмірами; логарифмування Й електричного сигналу фотоприймача. Завдяки використанню нового рівняння надлишкових вимірювань у с запропонованому способі виконання операції логарифмування здійснюється чисельними методами, що забезпечує додаткове підвищення точності визначення концентрації. (Се)

Таким чином, запропонований спосіб забезпечує вирішення зазначеної технічної задачі. с

Claims (1)

1. Формула винаходу Спосіб визначення концентрації речовини, при якому формують монохроматичне ультрафіолетове З випромінювання заданої інтенсивності та довжини хвилі, заповнюють камеру порівняння складаної кювети с розчином з нормованою за розміром концентрацією Сі досліджуваної речовини, а робочу камеру - ч І . . и? технологічним розчином з невідомою концентрацією С, , пропускають через складану кювету монохроматичне ультрафіолетове випромінювання та перетворюють його інтенсивність у відповідне дійсне значення електричної напруги, вимірюють та запам'ятовують отримане значення з подальшим визначенням концентрації у б» відповідності із заданим рівнянням надлишкових вимірювань, який відрізняється тим, що перед заповненням ФО робочої камери складаної кювети технологічним розчином з концентрацією С, , пропускають через складану ФУ кювету, камера порівняння якої заповнена розчином з концентрацією Сі, монохроматичне ультрафіолетове ї» 50 випромінювання, перетворюють його інтенсивність в напругу Щі протягом заданого інтервалу часу 4, після вимірювання та запам'ятовування отриманого значення заповнюють камеру порівняння розчином з нормованою ї» за розміром концентрацією с» досліджуваної речовини (іс -(с1нАСЬ, де (ас у 8 /- середньоквадратичне відхилення значень похибки 5. результатів вимірювань за надійною імовірністю Р-0,95), вв Пропускають через складану кювету з зазначеним розчином монохроматичне ультрафіолетове випромінювання, перетворюють його інтенсивність в напругу Шо протягом заданого інтервалу часу Аї, вимірюють та » запам'ятовують отримане значення, заповнюють робочу камеру технологічним розчином з концентрацією с,, пропускають через складану кювету з зазначеними розчинами монохроматичне ультрафіолетове випромінювання, перетворюють його інтенсивність в напругу з протягом заданого інтервалу часу 4, 60 вимірюють та запам'ятовують отримане значення, заповнюють камеру порівняння розчином з концентрацією Сі , здійснюють перетворення інтенсивності монохроматичного ультрафіолетового випромінювання, яке пройшло через технологічні розчини з концентраціями Сі та Су, в напругу Пд також 65 протягом заданого інтервалу часу 4, після вимірювання та запам'ятовування отриманого значення зливають технологічні розчини з складаної кювети, виключають проходження монохроматичного ультрафіолетового випромінювання через незаповнені камери складаної кювети і перетворюють інтенсивність темнового потоку у напругу Ця протягом заданого інтервалу часу Аї, вимірюють та запам'ятовують отримане значення, а концентрацію досліджуваної речовини визначають у відповідності з рівнянням надлишкових вимірювань п -Ш5К - 05) С, -(С3- с). свпувмо В) поп СВ, й - 70 де Сі та Са - нормовані за розміром концентрації розчинів порівняння; Мі, Ше, Ша, Ша - напруги, що отримані в результаті перетворень інтенсивностей монохроматичного ультрафіолетового випромінювання, яке пройшло через складану кювету з зазначеними концентраціями розчинів; Ця - напруга, що отримана в результаті перетворення інтенсивності темнового потоку; коефіцієнт пропорційності по» - 2. « « « (Се) (Се) (Се) -

   с . и? (о) (о) (о) щ» с» 60 б5