Полярограф переменного тока

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(22) Заявлено 220481 (21 3277589/18-25с присоединением заявки Й 2(23) Приоритет -Опубликовано 151282, Бюллетень Мо 46Дата опубликования описания 15,12,82 ИМ.Кп.з О 01 И 27/48 Государственный комитет СССР по делам изобретений н открытий(72) Авторы изобретения Томский ордена Октябрьской Революции,.и орденаТрудового Красного Знамени политехнический:" .,институт им. С.М. Кирова(54) ПОЛЯРОГРАФ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА Изобретение относится к поляро графическому анализу и может быть использовано в приборах для определения ультрамалых концентраций примесей в веществах высокой чистоты, например, методом инверсионной вольтамперометрии.Известен полярограф переменного тока, содержащий генератор синусоидального напряжения, фазовращатель, генератор линейно-изменяющегося напряжения, потенциостат, ячейку, усилитель низкой частоты, фазовый детектор, Фильтр и регистратор.Принцип работы этого устройства основан на регистрации активной составляющей переменного тока ячейки - сигнала, вызванного электрохимической реакцией определяемой примеси в зависимости от линейно-изменяющегося напряжения на ячейке 1) .Недостатком данного устройства является то, что суммарный ток ячейки содержит большой уровень остаточного тока - помехи, который определяется в основном током, протекающим через емкость двойного слоя ячейки и может в десятки и сотни раз превышать по амплитуде ток сигнала, препятствуя его измерению. Наиболее близким к предлагаемомуявляется полярограф переменного тока, содержащий фазовращатель, гене 5 раторы линейно-изменяющегося и пере"менного напряжений, потенциостат,ячейку, Фазовый детектор, Фильтр,регистратор и ключ.В данном устройстве эффект компенсации достигается за счет применения фазовращателя с управляющимвходом, подключенным к выходу запоминающего устройства, вход которогонагружает через контакты выход усилителя постоянного тока, вход которого присоединен к выходу Фильтра. Запоминание оптимального фазового. сдвига происходит непосредственноперед началом электрохимическойреакции определяемого элемента. При 2 О менение этого прибора позволяет в10-13 раз уменьшить наклон остаточного тока при потенциалах растворения ртути и выделения, водорода 2 .Однако во время снятия полярограммы происходит нарушение настройкифазы за счет изменения емкостидвойного слоя. Это с свою очередьприводит к нарушению соотношениямежду активной составляющей остаточ- ЗО ного тока и компенсирующей его ем 981882костной составляющей и ухудшению степени компенсации остаточного пере.менного тока. Поэтому при увеличении чувствительности прибора наклон характеристики. остаточного тока становится значительным, что также затруд 5 няет анализ и ограничивает применение прибора.Цель изобретения - повышение чувствительности и точности прибора.Поставленная цель достигается тем что в полярограф, содержащий Фазовращатель, генераторы линейно- изменяющегося и переменного напряжений, подключенные через потенциостат к аноду ячейки, к катоду которой госледоьательно присоединены усилитель низкой частоты, Фазовый детектор, Фильтр, к выходу которого подключены регистратор и усилитель постоянного тока, соединенный через ключ с запоминающим устройством, до полнительно введены два сумматора, интегратор, два запоминающих устрой-, ства, четыре ключа, причем выход фильтра подключен к входу первого сумматора, выход которого через первый и второй ключи подключен к обоим дополнительным запоминающим устройствам, выходы которых через третий и четвертый ключи подключены к входу интегратора, выход которого соединен 30 с входами обоих сумматоров, причем второй вход второго сумматора соединен с выходом основного запоминающего устройства, а выход - с управляющим входом Фазовращателя. 35На чертеже приведена схема предлагаемого полярографа.Полярограф содержит генератор 1 линейно-измейяющегося напряжения, нагруженный потенциостатом 2 и 40 схемой 3 управления. К потенциостату присоединены так же ячейка 4 и фазовращатель 5, являющийся нагрузкой генератора 6 синусоидального напряжения, К катоду ячейки присоединены последовательно усилитель 7 низкой частоты, фазовый детектор 8, фильтр 9 и регистратор 10.К выходу фильтра подключены усилитель 11 постоянного тока, нагруженный через контакт 12 запоминающим устройством 13, выход которого через сумматор 14 подключен к управляющему входу Фазовращателя, и сумматор 15 соединен через ключи 16 и 17 с запоминающими устройствами 18 и 19, выходы которых через ключи 20 и 21 подключены ко входу интегратора 22, управляемого ключом 23, выход которого соединен с входом сумматоров 14 и 15, 60 Полярограф работает следующимОбразом.В исходном состоянии перед началомполярографического анализа напряжение на запоминающих устроиствах 18и 19 устанавливается равным нулю,ключи 17 и 21 замкнуты, ключи 16 и20 разомкнуты.На ячейку 4 через потенциостат 2 от генератора 1 подают линейно-изменяющееся поляризующее напряжение, а от генератора 6 через фазовращатель 5 подают переменное напряжение.Переменный ток, протекающий через ячейку, преобразуют в усилителе 7 в напряжение и подают на вход фазового детектора 3. Пульсирующее напряжение с выхода детектора сглаживают Фильтром 9 и подают на регистратор 10.Полярограф работает в двух режимах, причем из первого режима во второй режим работы пдлярограф переходит при достижении линейно-изменяющимся напряжении потенциала близкогоЯ к потенциалуначала электрохимической реакции определяемого элемента. Первый режим работы - режим автоподстройки фазы - ключи 12 и 23 замкну-ты. При этом постоянное напряжениес выхода Фильтра 9 усиливается усилителем 11 и через контакт 12 и запоминающее устройство 13 подается науправляющий вход фазовращателя 5.При этом настройка фазы происходит до тех пор, пока остаточный токна регистраторе не будет равен нулю.В режиме автоподстройки Фазы интегрирующая емкость интегратора 22закорочена контактом 23, и напряжение на втором входе сумматора 14равно нулю. Переход из первого режима во второй, при котором происходит измерение тока электрохимической реакции и настройка компенсатора ,сдвига Фазы, осуществляется размыканием ключей 12 и 23, При размыкании контактов 12 и 23 запоминающее устройство 13 запоминает управляющее напряжение Фазовращателя, установившееся в первом режиме и аоответствуищее полной компенсации остаточного тона. После эого при дальР нейшем изменении ноляризующего напряжения происходит дополнительный Фазовый сдвиг Ь(у =агсс 9 ЙсдьС.с где й - нескомпенсированное сопро.тивление напряжения;Ы - круговая частота переменного напряжения;ЬС - изменение емкости двойногослоя.Это приводит к тому, что активная составляющая остаточного тока оказывается недокомпенсированной или перекомпенсированной емкостной составляющей. Причем с повышением;чувствительности прибора наклон нескомпенсированного остаточного тока возрастает.для уменьшения наклона характерйстики остаточного тока в предлагаемом полярографе применяется компенсатор1. Цвасман С.Б. Электронные полярографы. М., пМеталлургия", 1960, с. 12.2. Авторское свидетельство. СССР Р 817577, кл.6 01 й 27/48, 1978 (про-тотип) сдвига фазы, который после окончанияэлектрохимической реакции определяемого элемента запоминает напряжение,пропорциональное уровню остаточноготока и затем использует его для фор-мирования управляющего фазовращателем напряжения, компенсирующего сдвиг.фазы. В полярографе это реализуетсяследующим образом. После окончанияэлектрохимической реакции определяемой примеси напряжение с выхода фильт ра 9, пропорциональное нескомпенси рованной части остаточного тока, поступает на первый вход сумматора 15,При снятии первой полярограммы с интегратора 22 подается нулевое напряжение. С выхода сумматора 15 напряжение поступает через ключ 17 назапоминающее устройство 18 и запоминается нм при размыкании ключа 17,одновременно с которым ключи 12, 16, 2020 и 23 замыкаются, а ключ 21 размыкается. При повторном анализе в режиме автоподстройки Фазы полярографработает аналогично работе при первом анализе, а в режиме измеренияна сумматор 14 вместе с напряжениемс запоминающего устройства 13 подается с интегратора 22 компенсирующеелинейное напряжение, наклон которогозависит от уровня остаточного тока,запомненного запоминающим устройством18 в предшествующем анализе.Одновременно с этим напряженке сфильтра 9 подается на сумматора 15 исуммируется с компенсирующим напряжением с интегратора 22. Сигнал с выхода сумматора 15 подается черезключ 1 б на запоминающее устройство 19и запоминается им при размыканииключа 16. Одновременно с этим замы"каются ключи 12, 17, 21 и 23 к размыкаются ключ 20. Из-за временногои температурного дрейфа происходитизменение величины остаточного тока для каждой полярограммы.Поэтому возникает необходимость 45коррект:;ровни настройки компенсаторардвига Фазы перед съемкой каждой полярограммы. При третьем снятии поля-, рограммы в первом режиме полярографработает аналогично работе при пер" .вой съемке, а в режим измерения на сумматор 14 вместе с напряжением с запоминающего устройства 13 пода-, ется с интегратора 22 компенсирующее линейное напряжение, наклон характеристики которого зависит от суммы уровня остаточного тока при первой съемке полярограммыи ошибки компенсации остаточного тока при второй съемке. После окончания съемки полярограммы напряжение, пропорциональное нескомпенсированному остаточному току, суммируется на сумматоре 15 с компенсирующим с интегратора 22 и запоминается запоминающим устройством 18, 65 При съемке полярограмм управление всеми контактами ослествляется автоматически схемой управления 3, .При последующих снятиях полярограмм прибор работает аналогично. Полярограф позволяет в 5-10 раз по сравнению с известным уменьшить наклон характетистики остаточного тока ячейки и, следовательно, повысить чувствительность и точность определения микропримесей.Кроме того, компенсация остаточного тока производится автоматически, что существенно повышает производительность труда. Указанные преимущества позволяют более интенсивно внедрять полярографический метод в сферу производства для контроля технологических процессов и тем самым повысить качество выпускаемой продукции и снизить процент брака. Особенно это относится к электронной промышленности, предъявляющей повышенные требования к чистоте используемых материалов и растворов Формула изобретенияПолярограф переменного тока, содержащий Фазовращатель, генераторы линейно-изменяющегося и переменного напряжений, подключенные через потенциостат к аноду ячейки, к катоду которой последовательно присоединены усилитель низкой частоты, Фазовый детектор, фильтр, к выходу которого подключены регистратор и усилитель постоянного тока, соединенный через ключ с запоминающим устройством, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения чувствительности и точности, в него дополнительно введены два сумматора, интегратор, два запоминающих устройства, четыре ключа, причем выход Фильтра подключен к входу первого сумматора, выход которого через первый и второй ключи подключен к обоим дополнительным эаоминающим устрсйствам, выкоды которых через третий и четвертый ключи подключены к входу интегратора, выход которого соединен с входами обогх сумматоров, причем второй вход второго сумматора соединен с выходом основного запоминающего устройства, а выход - с управляющим входом Фазовращателя.г источники информации,принятые во внимание при экспертизе с981882 Составитель В. Немцеведактор Н. Еиштулинец Техред Т.Маточка Корректор Г. Реаетник Заказ 9 одписное. иал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектна 1/63 ВНИИПИ Госу по делам 3035, Москв