Устройство для измерения электропроводности растворов

ОПИСАНИЕИ 3 О Б Р Ет Е Н И Я и 1748217К АВТОРСКОМУ СВИ ИТИЛЬСТВУ Союз Советскими Социалистически к Республик(22) Заявлено 190678 (21) 2631528/18-25 (51) М Клр с присоединением заявки Йо 6 01 й 27/02 Государственный комитет СССР яо делам изобретенийи открытий(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ РАСТВОРОВ Изобретение относится к электро- химическим методам анализа, в частности к устройствам для измерения электропроводности растворов и может быть использовано в научно-исследовательских и заводских лабораториях, в химической промышленности, где технологический процесс контроля качества электролитов автоматизирован, в 1 р частности в технологии изготовления: ртутных электрохимических преобразователей.Известно устройство для измерения электропроводности растворов, содер жащее стеклянную трубку с расширениями на концах, в которых размещены измерительные платиновые платинированные электроды 13 .Недостатком известного устройства 2 О является большой расход исследуемого электролита, отсутствие полного перекрытия измерительными электродами исследуемого объема раствора, что приводит к дисперсии электропроводности 25 .и невозможности прямого измерения по.:стоянной .ячейки, неприменимость устройства для изучения фазовых перехо- дов из-за невысокой чувствительности электропроводности к фазовым переходам и неравномерности охлаждения или нагревания больших объемов раствора.Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является устройство для измерения электропроводности растворов, содержащее стеклянную ячейку, в которой расположены два жидких ртутных электрода, контактирующих с впаянными в стенки ячейки токоотводами и электрическую измерительную схему 21. Измерительная ячейка представляет собой две плоскодонные колбы, соединенные,между собой трубкой, на дно которых помещены ртутные измеритель-, ные электроды, имеющие равные поверхности. Электрическая измерительная схема включает в себя измерительную ячейку, источник питания и градуиро" вочные (балластные) сопротивления,Недостатком устройства является сложность конструкции, большой расход исследуемого электролита, а также невысокая чувствительность электропроводности к фазовым переходам, обусловленная сложностью конструкции и неравномерностью распределения температуры по всему объему исследуемо(или нагревания) устройства.Цель изобретения - упрощение конструкции, уменьшение расхода исследуемого раствора и повышение чувствительности при изучении фазовых переходов в растворах,Для этого ячейка выполнена в виде Ч-образной трубки с перегородкой,имеющей в центре капиллярное отверстие и разделяющей объем ячейки надва отсека, в которых расположены измерительные электроды, перекрывающиекапиллярное отверстие, причем отношение толщины перегороцки к диаметрукапиллярного отверстия находится впределах1,0 )0,2где Г - толщина перегородки;д - диаметр капиллярного отверстия,На Фиг. 1 изображено устройство,общий вид; на фиг. 2 - электротехническая схема, на Фиг. 3 - кривая зависимости сопротивления от температуры. Устройство состоит из Ч-образной трубки 1 с впаянной перегородкой2, толщиной 8 = 0,03 см, имеющей вцентре капиллярное отверстие 01=0,03 см (заполненное исследуемымраствором) и разделяющей Ч-образнуютрубку на два отсека, в которых размещены ртутные электроды 3, контактирующие с впаянными в стенки ячейкиплатиновыми.токоотводми 4.При подготовке устройства для измерений капиллярное отверстие в перегородке заполняется с помощью микро-.пипетки исследуемым раствором, который втягивается в капилляр под действием капиллярных сил. Затем в отсекиячейки помещается ртуть, котораяплотно прилегает к стенкам перегородки, вытесняет избыток электролита наповерхность 5 и полностью перекрывает раствор в капиллярном отверстии,образуя ртутно-капиллнрную электрхимическую микроячейку объемом 1010см.Диаметр капиллярного отверстия вперегородке должен находиться в пределах 0,2 с 1 с,4 мм,При д0,4 мм ртуть проникает вкапилляр, вытесняет раствор и замыкает измерительные электроды. ПридО, 2 воз никают трудности, связ анные с изготовлением капиллярного отверстия и эксплуатацией ячейки (затРудняется очистка и заполнение ячейки жидкостью, смена исследуемой жидкости, перемешивание при низких тем-,пературах), возрастает влияние внешних Факторов на результаты измерений:степени. чистоты раствора и ртути, силгравитации и механических воздействий.Соотношение размеров параметровкапиллярного отверстия должно нахо.диться в пределах 1,0 т -0,2, гдее8- толщина стенки перегородки (расстояние между электродами), д - диаметр капиллярного отверстия. При 5 д1 не обеспечивается перекрываниеконвективных потоков, вызываемых тангенциальным движением поверхностныхслоев ртути, и, следовательно, не достигаются оптимальные условия пере О мешивания раствора. При 0,2 ячейкаоказывается неустойчивой к .механическим и гравитационным воздействиям,наблюдается перетекание ртути и замыкание электродов.Ввиду идеально гладкой поверхности ртутных электродов и постоянствазначения величины площади их поверхности поправка на влияния двойногослоя (при измерении электропроводности) может быть определена расчетнымпутем с использованием данных по изучению емкости двойного слоя на ртути.На Фиг. 2 показана электротехническая схема, обеспечивающая автоматиза цию процесса измерений электропроводности и температуры Фазовых переходов в растворе.Схема состоит из предлагаемогоустройства 1, помещенного в теплоизо ляционную камеру 2, содержащую источник энергии (на схеме не показан),позволяющий установить заданную скорость охлаждения или нагревания ячей- .ки, и измерительный спай дефференци альной термопары (хромель-никелевая)3. Второй (нулевой) спай термопары 4помещен в сосуд со льдом 5 (О С ).Ветви термопары через усилитель(И)постоянного тока б и переключательполюсов 7 соединены с координатой Хдвухкоординатного самописца(ПДСМ) 8, Последовательно изме"рительной ячейке подключен источникпеременного напряжения (генераторТеь 1 а ВМ) 9 и высокоомное бал ластное сопротивление, (120 ком) 10,Параллельно измерительной ячейкевключен микровольтметр ВЗ, выходкоторого подключен к координате удвухкоординатного самописца 8.50 Измерения осуществляют следующимобразом.С помощью генератора ВМнаячейку подается стабилизированныйпеременный ток частотой 10 кгц и амп литудой 5 мкА. С помощью источникаэнергии устанавливается заданная скорость охлаждения ячейки 5 град/мин.На двухкоординатном самописцеПДСМ . регистрируется кривая зав 1- симости сопротивления микроячейкиот температуры."9.:На Фиг. 3 показана кривая зависимости сопротивления,йикроячейки оттемпературы, полученная для электроу 5 лита состава 4,75 и К 1 (показан учас"ток кривой в интервале температур (-15)- (-25) СПри понижении температуры сопротивление микроячейки повышается, что обусловлено понижением электропровод- ности раствора. При температуре с 5 (в момент выпадения первых кристаллов) наклон кривой резко изменяется, т.е. скорость изменения сопротивле- ния раствора с температурой возрастает, что вызвано двумя факторами: понижением концентрации раствора и блокированием электродов выпадающими кристаллами (перекрывание капил. - ляра кристаллами),При температуре 2 сопротивление ячейки резко возрастает (вертикальный участок кривой), что обусловлено полным замерзанием раствора (точка эвтектики),и разрывом электрической цепи,Таким образом изломы на кривой зависимости сопротивления раствора от 20 температуры соответствуют температурам начала фазовых переходов, При снятии обратной кривой (кривой нагревания) наблюдается гистерезис, связанный с явлением переохлаждения25 раствора. Сопоставление кривых позволяет установить влияние переохлаждения раствора на его электропровод- ность, температуру переохлаждения раствора и построить диаграмму раст воримости,В отличии от известных методов термического анализа изучение фазовых переходов с помощью предлагаемого устройства основано на регистрации 35 изменения электрических свойств раствора при появлении новой фазы и возможности непосредственного электрического считывания информации, что позволяет легко автоматизиРовать процесс изучения фазовых переходов. Благодаря наличию микроколичества исследуемого раствора исключается неравномерность распределения температуры в ячейке и связанная с этим ошибка измерений. Чувствительность электропроводности при фазовых переходах повышается на порядок. Выполнение устройства для измерения электропроводности растворов в виде Ч-образной трубки с перегородкой, имеющей капиллярное отверстие, позволяет упростить конструкцию, уменьшить расход исследуемого раствора в 10 раз, что важно при исследовании микроколичеств растворов, редких или драгоценных элементов, расширить функциональные возможности устройства (применение предложения в термографических исследованиях), снизить трудоемкость процесса измерений электропроводности.фбрмула изобретенияустройство для измерения электропроводности растворов, содержащее стеклянную ячейку, в которой расположены два жидких ртутных измерительных электрода, контактирующих с впаянными в стенки ячейки токоотводами, и элекрическую измерительную схему, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения чувствительности и уменьшения расхода исследуемого раствора, ячейка выполнена в виде Ч-образной трубки с перегорбдкой, в центре которой выполнено капиллярное отверстие, разделяющей объем ячейки на два отсека, в которых расположены измерительные электроды, перекрывающие капиллярное отверстие, причем отношение толщины перегородки к диаметру капиллярного отверстия находится в пределах:1,0 ) 02 ч где ( - толщина перегородки; О - диаметр капиллярного отверстия. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе1, Лопатин Б.А. Кондуктометрия. Сибирское отд. АН СССР, Новосибирск, 1964, с. 117, рис. 1 б.2. Лопатин Б.А, Кондуктометрия. Сибирское отд,АН СССР. Новосибирск, 1964, с. 159, рис. 88 (прототип) ..2 А. Платоватко Корректор В. Синицка Составителт Техред И,актор Н. Г ав 4351/10/5 Еютавфффилиал П фПатент", г. Ужгород, ул. Проектная,Тираж 1019 ЦНИНПИ Госуцарс по делам изо13035, Москва, Ж Подписивенного комитета СССРретений и открытий35, Раушская наб., д