Электрохимический способ определения концентрации газа в газовой смеси

(22)Заявлено 20.03,80 (21) 2897646/18-25с присоединением заявки Рй(51)М. Кл. 1 ееударстввниый квинтет С 01 й 27/46 по делам изобретений и открытийОпубликовано 15. 12. 81. Бюллетень 3% 46 Дата опубликования описания 17. 1;2; 8-1(54) ЭЛЕКТРОХИИИЧЕСКИЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕ 1 ЧЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ГАЗА В ГАЗОВОЙ СМЕСИза 121,Изобретение относится к электро- химическим способам определения концентрации газа в газовой смеси и может быть использовано в науке и производстве, в частности в аналитическом приборостроении.Известен электрохимический способ определения концентрации кислорода в газовой смеси, заключающийся в непрерывном пропускании анализируемойО смеси через электрохимическую твердоэлектролитную ячейку с заданным значением парциального давления кислорода в газовой фазе и измерении ЭДС этой ячейки 11.Наиболее близким к предлагаемому)5 является электрохимический способ определения концентрации газа в газовой смеси путем непрерывного пропускания газовой смеси вдоль поверхности20 газодиффуэионного гидрофобного электода, на котором происходит окислениевосстановление ) анализируемого гаНедостатком этого электрохимического способа определения концентрациигаза в газовой смеси является частичная потеря информации за счет уносачасти анализируемого газа в процессенепрерывного пропускания газовой смеси через электрохимическую ячейкувдоль поверхности газодиффузионногогидрофобного электрода, и неполноеэлектрохимическое окисление (.восстановление) . Ток окисления (восстановления) электрохимической ячейки, пропорциональный концентрации анализируемого газа, регистрируется в данныймомент времени, и также имеет заниженное значение,Целью изобретения является повышение точности определения концентрациианализируемого газа в газовой смеси.,Поставленная цель достигается тем,что согласно электрохимическому спо-собу определения концентрации газав газовой смеси, основанному на протускании газовой смеси вдоль поверх3 89части газодиффузионного гидрофобногоэлектрода, на котором происходит акис.ление (восстановление) газа, газовуюсмесь пропускают многократно до полного окисления (восстановления) и поинтегралу этого тока во времени судято концентрации газа,На Фиг. 1 изображена блок-схемаустройства, реализующего предлагаемыйспособ; на Фиг. 2 - диаграмма 1-1 за-писи сигнала электрохимической ячейки (2.1) и диаграмма 0- записи интегрального значения электрохимическойячейки (2.2).Блок-схема содержит электрохимическую ячейку 1, циркуляционный насоси калибровочную емкость 3 с двумятрехпазиционными кранами 4 и 5. Всеуказанные элементы соединены междусобой пневматическими линиями,Электрохимическая ячейка состоитиз дву:( камер; газовой 6 и электролитной 7, пространство между которыми разделяет индикаторный газодиффузианный гидрофобный электрод 8, Вэлектролитной камере находятся элект-,род сравнения 9 и вспомогательныйэлектрод 10. Все электроды ячейкисоединены с измерительным блоком 11,посредством которого осуществляетсяподдержание необходимого потенциалаполяризации индикаторного электрода 8, компенсация Фонового тока иинтегрирование сигнала электрохими. ческой ячейки.Перед проведением анализа калибровочная емкость 3 заполняется анализируемой газовой смесью, краны 4, 5устанавливаются в положении 4.1-4.2и 5,1-5.2 соответственно и на индикаторный электрод подается напряжениеполяризации,После включения насоса 2 газовая смесь начинает циркулировать в замкнутом пневматическом контуре, минуякалибровочную емкость 3 до тех пор,пака выходной сигнал электрохимической ячейки 1 не достигнет некоторогоустановившегося значения 1 о (Фиг2).Затем при помощи измерительного блока компенсируется значение 1 такимобразом; чтобы ток в цепи интегрирования был равен нулю и включаетсяинтегрирование. После этого краны 4,1переводятся в положение 4,1-4.3 и 5.15.3 соответственно, и через электрохимическую ячейку начинает циркулировать анализируемая газовая смесь.В процессе циркуляции молекулы ана 0220 4лизируемой газовой смеси диффундируют к поверхности индикаторного газодиффузионного гидрофобного электрода 8, на которой происходит электрохимическая реакция. При этом выходной сигнал электрохимической ячейкив начале возрастает до некоторогозначения (отрезок а-б Фиг. 2,1),а затем, по мере уменьшения количества анализируемой газовой смеси в замкнутом пневматическом контуре, уменьшается до первоначального значен.я1 С 1 (отрезок б-в Фиг. 2.1) после чего интегрирование прекращается ( точка в, фиг,2.2), показания интеграто ра переводятся на нулевую отметку(.точка в , Фиг. 2.2) и начинаетсяновый цикл измерения в указанной последовательности.Площадь части диаграммы, ограниченная точками а-б-в-а ( Фиг, 2.1),характеризует собой количество электричества, затраченное на окисление1 восстановление ) газа анализируемойгазовой смеси и определяет его массу 25в калибровочной емкости 3. Кривая интегрирования отрезок(а 1-в 1, фиг,2.2)достигает своего максимального значения к моменту окончания окисления( восстановления). Эта значение, выраженное в кулонах, и есть Фо искомоезначение количества электричества,затраченное на окисление (восстановление) газа в анализируемой газовойсмеси.Весовая (массовая) концентрациягаза в анализируемой газовой смесирассчитывается по формулеА ", Ах .гч 1 " пгчцгде А - молекулярный вес газа;Ц - количество электричества,затраченное на процесс "окисления (восстановления);и " количество электронов, участ вующих в реакции;Р - число Фарадея;, Ч - объем анализгруемой газовойсмеси.Таким образом, при помощи установ ки, реализующей способ, и устройства, можно обеспечить существенноеулучшение метрологического обеспечения газоаналитических приборов, используемых в промышленности, а также соз" 55 давать образцовые средства измерения,Благодаря высокой чувствительностипредлагаемого способа и устройстваможно аттестовать "нуль-газ", т.е.газ, который используется для настройки нулевой точки аналитическихприборов в процессе их калибровки иповерки, Например, особо чистый азотили гелий, используемые в качестве %нуль-газа", могут содержать до13.10 моль/см примесей токсичных газов, содержание которых не может бытьпронормировано из-за отсутствиясредств измерения концентрации. Прииспользовании предлагаемого способаи устройства в особо чистом азоте обнаружена концентрация окиси углеродадо 5,4-10 Нмоль/см . Эта поправкадолжна учитываться при калибровке и 1поверке газоанализаторов. Известнымиспособами концентрация такого порядкане может быть определена, так как,например, в газоанализаторах, основанных на"методе инфракрасного поглощения окиси углерода в инфракраснойобласти спектра, показания отсчитываются по отношению к эталонной камере,которая заполнена "нуль-газом", со-,держащим окись углерода до5,41 О моль/см.И зФормула изобретенияЗлектрохимический способ определения концентрации гаэа в газовойсмеси вдоль поверхности газодиффузионного гидрофобного электрода, на котором происходит окисление (восстановление) газа, о т л и ч а ю щ и Й с ятем, что, с целью повыщения точности определения концентраций, газовуюсмесь пропускают многократно до полного окисления (восстановления) газа.,регистрируют ток окисления восстановления) и по интегралу этого тока вовремени судят о концентрации газа.Источники информации,принятые во внимание при экспертизеАвторское свидетельство СССРИ, кл. 601 М 27/46, 19772. Вау Н.У., 8 угйоп К.Г., Бед"Ь 1 с,1.И., Чаеп 1 пе А.М, Апа 1 11 са 2СЬещ 1 зйгу, мо 1. 46, Р 12, Ос 1 1974,1837 прототип),С. Шекмар каз 10959/ 70 Тираж 910 По е ВНИИПИ Государственного комитета СС по делам изобретений и открытий 113035 Москва Ж"35 Раушская наб., д. 4/5 ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, филиал Составитель Г. Боровикоо С. Тимохина Техвел З.фанта К ввектодписноСР