Полярограф переменного тока

анов,йогут о поля 80,ПЕРЕИЕННОГО ТОКА линейно изменяю оединенный со сх вращатель и гене пряжения, поднциостат к аноду ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР Г 1 О ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ ОПИСАНИ К АВТОРСКОМУ(71) Томский ордена Октябрьсклюции и ордена Трудового КрасЗнамени политехнический инстиим. С.И. Кирова(прототип),(54)(57) ПОЛЯРОГРАФсодержащий генератощегося напряжения,мой управления, Фазоратор. переменного нключенные через пот.80.1035497 А 1с йячейки, к катоду которой последовательно подключены усилитель низкойчастоты, Фазовый детектор, Фильтр,регистратор, а также источник опорныхнапряжений, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения чувстви"тельности и производительности полярографа, он содержит интегратор, следящую схему, коммутационную схему,Фильтры низких и высоких частот, входы которых соединены с выходом усилителя низкой частоты с целью положиннтельной обратной связи, состоящей изрезистивно-транзисторного делителя,причем затвор транзистора подключенк выходу интегратора, соединенногочерез коммутационную схему с источником опорных напряжений, вход следящей схемы подключен к выходу Фильтравысоких частот, и коммутационная схема соединена со схемой управления, авыход фильтра низких частот - с входом фазового детектора,10354Изобретение относится к полярографическому анализу и может быть использовано в приборах для определенияультрамалых концентраций примесей ввеществах, высокой чистоты, например,методом инверсионной вольтампермет"рии.Известны полярографы переменноготока, содержащие генератор синусоидального напряжения, фазовращатель, 10генератор линейно изменяющегося напряжения, потенциостат, ячейку, усилитель низкой частоты, фазовый детектор, фильтр и регистратор, Прин"цип работы этих приборов основан нарегистрации активной составляющейпеременного тока ячейки - сигнала,вызванного электрахимической реакцией определяемой примеси в зависимости от линейно изменяющегося напря"жения на ячейке 13,Однако суммарный. ток ячейки содержит большой уровень остаточного то"ка - помехи, который:определяется восновном током, протекающим через ем- д 5кость двойного слоя ячейкии можетв десятки и сотни раз превышать поамплитуде ток сигнала, препятствуяЮго изменению.Известен также полярограф, содер- З 0жащий генератор линейно изменяющегосянапряжения, связанный со схемой уп"равления, фазовращатель,и генератор,переменного напряжения, подключенныечерез потенцие:тат к аноду ячейки,к катоду которой последовательно подключены усилитель низкой частоты, фа"зовый детектор, Фильтр, регистратор,а также источник опорного напряжения 2 ).В полярографе повышение чувстви" тельности и расширение диапазона полярографирования достигается за счет более полной компенсации остаточного тока. При этом используется то, что 45 во-первых, емкостный ток имеет М-образную зависимост.ь от потенциала, также как и активная составляющая ос" таточного тока, нарастая иа границе диапазона полярографирования, во-вторых, в зависимости от установленного сдвига фазы ЬЧемкостная слагаемая помехи может складываться или вычи" таться, в третьих, О, с О, что позволяет использовать достаточно 55 малый Ь 9, не искажающий результат измерения сигнала. Все это позволяет, в принципе, путем небольшого фазового 97 3сдвига добиться полной взаимной компенсации активной и емкостиой состав" ляющих остаточного тока при одном любом значении потенциала нв ячейке, т.е. остаточный ток может, в принципе, скомпенсировать только в одной точке. Кроме того, этот прибор не ком" пенсирует суммарное сопротивление Й в цепи исследуемого электрода, Следует также отметить, что за время съемки полярограммы за счет О -образной Зависимости емкости двойного слоя С от потенциала, фарадеевской составляющей Сф и В, в измерительной цепи полярографа возникает дополнительный. фазовый сдвигЬЧ= В Ю (дСС), (1) где ЬС - приращение емкости свойногослоя за время съемки поляра граммы;4 - круговая рабочая частота, что приводит к увеличению, величины наклона остаточного тока, к ограииче" нию чувствительности метода и увели" чению погрешности измерений. Недостатком прибора является также необходимость в дополнительной настройке фазового угламежду вектором опор" ного напряжения и вектором активной составляющей напряжения на входе де" тектора так, чтобы емкостная помеха иа выходе фильтра была всегда направлена встречно активной помехи, причем эта настройка нарушается при изменениях С и В, что снижает про" иэводительность прибора.Цель изобретения - повышение чувствительности и производительности полярографа, а также расширение диапазона полярографирования.1Поставленная цель достигается тем, что в полярограф переменного тока, содержащий генератор линейно изменяющегося напряжения, соединенный со схемой управления, фазовращатель и генератор переменного напряжения, подключенные через потенциостат к аноду ячейки, к катоду которой последовательно подключены усилитель низкой частоты, фазовый детектор, фильтр, регистратор, а также источник опорных напряжений, дополнительно введены интегратор, следящая схема, коммутационная схема, фильтры низких и высоких частот, входы которых соединены с выходом усилителя низкой частоты с цепью положительной обратной связи, состоящей из резистивио-тран3 10354зисторного делителя, причем затвортранзистора подключен к выходу инте"гратора, соединенного через коммутационную схему с источником опорныхнапряжений, вход следящей схемы под-.ключен к выходу Фильтра высоких час тот, и.коммутационная схема связанасо схемой управления, а .выход фильтра низких частот - с входом фазовогодетектора, 1 ОНа фиг. 1 приведена схема поляро"графа; на фиг, 2 " изменения напряжения, на затворе транзистора 1) во временИ С.Полярограф содержит генератор линейно,изменяющегося напряжения 1., со"единенный с потенциостатом 2 и схемой управления 3,К потенциостату присоединены также ячейки 4 и фаэовращатель 5, являющийся нагрузкой генератора синусоидального напряжения 6.К катоду ячейки присоединены последовательно усилитель низкой частоты 7,Фильтр низких частот 8, фазовый детек.тор 9, фильтр 10 и регистратор 11, 25К выходу усилителя низкой частоты по". следовательно подключены фильтр вы"соких частот 12 и следящая схема 13.В цепи положительной обратной свя"эи (ПОС) усилителя 7 в.качестве ре"гулируемого резистора включен полевой транзистор 14, затвор которогоприсоединен к выходу интегратора 1,связанного через коммутационную схе,му 16 с источником опорных напряжений 17Причем следящая схема 13 икоммутационная схема 16 связаны сосхемой управления 3. Устройство содержит также резисторы 18 и 19.Работа прибора заключается в следующем,Условием полной компенсации сум-.марного сопротивления Вв цепи ис-следуемого электрода является ра"венстаогвх = - (2)45где 2 В " входное сопротивление усилителя низкой частоты вточке 2,Условие (2) выполняется при оптимальном значении коэффициента ПОСгде К - собствейный коэффициент уси ления усилителя низкой час"тоты;55В - токоизмерительный резистор,Согласно анализу устойчивости системы потенцирстат " ячейка " усили 97 4тель низкой частоты граничное значение коэффициента ПОС равно,вР= - .С 1 С-кдс-, к) (В)К В +ВСравнивая условия (3) и (Ц легко убедиться, что фОат и ск Р равны между собой, т.е, 100-ная компенсация й происходит на границе устойчивости. Это обстоятельство позволяет испольэовать возникновение автоколебаний в системе в качестве количественного критерия установки сИ"т.В исходном состоянии интегратор 15 имеет нулевое выходное напряжение, которое соответствует минимальному значению величины сопротивления сток- исток В . В этом случае коэффициент ПОС Сд.щ ) практически равенйщШ 4 Внулю.Одновременно с установкой на ячей" ке потенциала начала полярографиро" вания схема управления замыкает контакты 16 А коммутационной схе)е, с, помощью которых вход интегратора 15 подключается к источнику опорных напряжений, С выхода интегратора линейно изменяющееся напряжение подается на затвор полевого транзистора 14, из" меняя 1 иго сопротивление йци, следовательно, глубину ПОС усилителя низкой частоты 7. Введение ПОС по току эквиалентно включению в цепь катода отрицательного сопротивления, ком" пенсирующего К. Глубина ПОС увели" чивается до тех пор, пока на выходе усилителя низкой частоты не появятся высокочастотные автоколебания малой амплитуды, которые выделяются, усиливаются фильтром высоких час" тот. ФВЧ 12 и подаются на вход следя" щей схемы 13. Сигнал управления с выхода следящей схемы подается на один из входов схемы управления 3, кото" рая размыкает ключ 16 А и замыкает1 бБ на определенное время й. Одно" временно схема. управления отключаетвход следящей схемы от выхода фильт" ра высоких частот на время й : где ьО " разница напряжений на затво"ре транзистора 14, при кото"рых происходит .возникновениегенерации и ее затухание(Фиг. 2), причем это напряжение соответствует изменению сопротивления Вна десятки Ом;1035497 б величины Й , например, от температуры и т.д. 822/1 ИП иал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектна Р - скорость развертки интегра"Чтора, которая должна бытьтакой, чтобы за время срабатывания следящей схемы исхемы управления глубина 5ПОС практически не изменилась.После задержки схема управления размыкает ключ 16 Б и замыкает 16 А и одновременно подключает вход следя О щей схемы к выходу фильтра высоких частот. Глубина ПОС увеличивается до тех пор, пока на выходе усилителя низкой частоты 7 не возникнут высокочастотные автоколебания малой ампли туды. В дальнейшем работа названных блоков повторяется.Зависимость изменения напряжения на затворе транзистора во время показана на фиг. 2. Напряжение О - 20теи напряжение на затворе транзистора 1 М, при котором происходит возникновение генерации, Оотф,- напряжение на затворе трайзистора, при кото" ром исчезает генерация, с - время, , 25 в течение которого ключ 16 Б находит" ся в замкнутом состоянии.Устаановка оптимальной глубины ПОС происходит автоматически в течение съемки каждой полярограммы, чем обес" ЗО печивается учет возможных изменений Такимобразом, полярограф обладает по сравнению с прототипом болеевысокой чувствительностью эа счетнизкого уровня помех, достигнутогоблагодаря более полной компенсациий в цепи катода ячейки с помощьюПОСПри работе на предлагаемом по- .лярографе для чувствительности 5 У,10 ОА/мм при определении кадмияметодом инверсионной вольтамперомет"рии наклон и величина остаточноготока для трехэлектродной ячейки былиуменьшены более, чем в 15-20 раэ.Кроме того, компенсация остаточноготока производится автоматически,что существенно повышает производительность труда, Указанные преимущества полярографа позволяют болееинтенсивно внедрять полярографический метод в сферу производства дляконтроля технологических процессови тем самым повысить качество выпус"каемой продукции и снизить процентбрака. Особенно это относится кэлектронной промышленности, предъяв"ляющей повышенные требования к чистоте используемых материалов и растворов,Тираж 873 Подписно