Измеритель концентрации ионов в растворе соли переходного металла

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 122469 Б 24/ СГОМЗЫ ПИСАНИ БРЕТЕНИ 25 юл. У 14 Э.К.Мейс .И.Попова .69.083.2 видетельс 01 М 24/00 детельство 01 И 24/О 088,8)во СССР1974,СССР1977,КОНЦЕНТРАЦИИ ИОНОВПЕРЕХОДНОГО МЕТАЛЛА(54) ИЗМЕР В РАСТВОРЕ (57) Измер в растворе относится лиза соста ЕЛЬ ОЛИ он онцентрац мерительн далее в ампца, 1 ил,ОсудАРственный кОмитет сссРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) АвторскоеВ 432377, кл. САвторское свНф 580491, кл. С соли переходного металла приборам и средствам анаа вещества, основанным на методе ЭПР. Цель изобретения упрощение конструкции, увеличение надежности и быстродействия. Новым является введение в измеритель проточной ампулы компенсационного образ - ца с передвижным электромагнитным экраном и катушки модуляции поля в этом образце, подключенной противофазно к катушке модуляции поля в измеряемом образце. При этом жидкостные связи выполнены так, что анализируемый раствор поступает через ампулу компенсационного образца в устройство для перевода непарамагнитных ионов в парамагнитное состояние иулу из ого образ 224694Изобретение относится к приборам и средствам для анализа состава вещества, основанным на методе электронного резонанса (ЭПР) и предназначенным для непрерывного контроля в автоматических системах управления технологическими процессами (АСУ ТП) в радиотехнической промышленности, приборостроении и других отраслях народного хозяйства.Цель изобретения - увеличение надежности и экспрессности при измерении концентрации непарамагнитных ионов.На чертеже представлена блок-схема предлагаемого измерителя концентрации ионов в растворе соли переходного металла.Измеритель концентрации ионов содержит устройство 1 для перевода непарамагнитных ионов протекающего раствора в парамагнитное состояние и электронно-парамагнитный анализатор 2, включающий магнит 3 и сверхвысоко- частотный СВЧ) тракт 4 с помещенным в зазор магнита 3 резонатором 5, в котором расположены проточные ампулы 6 и 7 соответственно с компенсационным и измеряемым образцами 8 и 9 и сравнительный образец 10. Кроме того, анализатор 2 содержит усилительно-преобразовательное устройство 11, модулятор 2 поляриэующего магнитного поля, измеритель 13 отношения напряжений, электромагнитный экран 14, охватывающий часть компенсационного образца 8 СВЧ-генератор 15, СВЧ-детектор 1 б, задающий генератор 17, нерегулируемый каскад 18, регулируемый каскад 19, катушки 20 модуляции компенсационного образца, катушки 21 модуляции измеряемого образца, включенные противофазно, катушки 22 модуляции сравнительного образца, измерительные катушки 23 измеряемого образца и измерительные катушки 24 сравнительного образца. Устройство 1 для перевода непарамагнитных ионов в парамагнитное состояние представляет собой, например, в случае травильного раствора смеситель в ниде заполненной анализируемым раствором проточной емкости с входом для дозированного потока воздуха, кислород которого является окислителем одновалентной меци в двухвалентную,5 20 25 ЗО 35 46 45 Измеритель концентрации ионовработает следующим образом. Анализируемый раствор, поступающий на его вход, проходит через про. точную ампулу 6 компенсационногообразца 8, устройство 1 для перевода непарамагнитных ионов в парамагнитное состояние и проточную ампулу 7 измеряемого образца 9. Поэтомуобразец 8 представляет собой непосредственно анализируемое вещество,например травильный раствор, содержащий непарамагнитные ионы одновалентной меди и парамагнитные ионы двухвалентной меди, Образец 9 является тем же травильным раствором, в котором ионы одновалентной меди перешли в парамагнитное, двухвалентное состояние в результате окисления протекающего раствора в устройстве 1 для перевода. СВЧ-генератор 5 возбуждает в резонаторе 5 электромагнитное СВЧ-поле, в пучностях магнитной составляющей которого находятся проточные ампулы б и 7 соответственно с компенсационным и измеряемым образцами 8 и 9 и сравнительный образец 10.Магнит 3 создает в объемах образцов 8-10 поляризующее поле, При значениях этого поля, соответствующих линии спектра ЭПР, в образцах 8-10 происходит поглощение СВЧ-энергии. Это приводит к уменьшению добротности резонатора 5 и изменению мощности поступающей на СЗЧ-детектор 16.Напряженность поляризующего поля в объеме каждого из образцов 8-10 модулируется независимо С амплитудой, много меньшей ширины линии спектра ЭПР, при помощи катушек 20- 22 модуляции соответственно. Катушки 20 и 21 модуляции питаются нерегулируемьпч каскадом 18, а катушка 22 модуляции - регулируемым каскадом 19.Каскады 18 и 19 возбуждаются, в свою очередь, задающим генератором 17, В результате на выходе СВЧ-детектора 16 от каждого из образцов 8-10 выделяется сигнал, пропорциональный первой производной ЭПР-поглощения (сигнал ЭПР), с частотой равной частоте модуляции поляризующего поля, и амплитудой пропорциональной концентрации парамагнитных ионов и амплитудемодуляции поля в соответствующем образце, 1224694где ЬЬ,К амплитуды модуляций поля в сравнительном, измеряемом и компенсационном образцах 10-8; 55 коэффициент разбавления, учитывающий уменьшение концентМодуляция поля в образцах 8 и 10 осуществляется противофазно с модуляцией поля в образце 9. Вследствие этого, составляющая сигнала ЭПР от образца 9, обусловленная парамагнитными ионами в анализируемом растворе, компенсируется сигналом ЭПР от образца 8. Полной компенсации достигают изменением степени экранирования образца 8 от СВЧ-поля резонатора 5 пу тем перемещения электромагнитного экрана 14. При этом разностный сигнал от образцов 9 и 8 становится пропорциональным количеству непарамагнитных ионов. Фаза сигнала ЭПР от образца 10 15 отличается от фазы разностного сигнала от.образцов 9 и 8 на 180 ф. Поэтому, результирующий сигнал на выходе СВЧ- детектора 16 равен разности разностного сигнала от образцов 9 и 8 и сигнала ЭПР от образца 10.Результирующий сигнал с выхода СВЧ-детектора 16 поступает на вход усилительно-преобразовательного устройства 11, а затем, после соответ ствующего усиления и преобразования - в цепь управления регулируемого каскада 19 модулятора 12 поляризующего магнитного поля. Этот сигнал изменяет амплитуду модуляции поля в образце 10 так, что разностный сигнал от образцов 9 и 8 и сигнал от образца 10 становятся равными, в результирующий сигнал уменьшается до нуля.Таким образом, автоматическая сис 35 тема регулирования, в которую входят сравнительный образец 10, резонатор 5, СВЧ-детектор 16, усилительно-преобразовательное устройство 11, регулируемый каскад 19 и катушка 22 мо-40 цуляции сравнительного образца, непрерывно поддерживает равенство сигнала ЭПР от сравнительного образца 10 и разностного сигнала от компенсационного образца 8 и измеряемого 45 образца 9. При этом справедливо общее соотношение- С +С (1 --- -)Ь К У - 1 Ь У50 рации парамагнитныхионов в измеряемомобразце 9 за счетдобавления веществадля перевода непарамагнитных ионов впарамагнитные (вчастности случае,когда перевод осуществляется за счеткислорода воздуха инет разбавления,К = 1)р Фэффективные объемыобразцов 10-8;концентрация парамагнитных частиц всравнительном образце 10;концентрации парамагнитных и непарамагнитных ионовв анализируемомрастворе.Перемещение электромагнитногоэкрана 14 эквивалентно изменению эффективного объема У компенсационного образца 8. Полная компенсация,достигаемая путем перемещения электромагнитного экрана 14, описываетсяравенствомУ,К ЬУВ этом случае общее соотношениепреобразуется к виду 1 с К У--- С ЬС, У,ЭДС, наводимые в измерительных катушках 23 и 24, пропорциональны с коэффициентами пропорциональности К и К, амплитудам модуляции ноля Ь и Ь . Напряжение с измерительной катушки 23 поступает на первый вход измерителя 13 отношения напряжений. Напряжение с измеритель. ной катушки 24 поступает на второй вход измерителя 13 отношения напряжений. В соответствии с этим выходной сигнал измерителя концентрации ионов с учетом последнего соотношения равенУ КА- ---- СнУс СсПодстраивая во время градуировки измерителя концентрации эффективный объем У сравнительного образ 1224694ца 10 путем изменения степени егопогружения в резонатор 5 так, чтобывыполнялось равенствополучают А = С,т.е. предлагаемый измеритель концентрации ионов определяет концентрациюнепарамагнитных ионов в протекающемчерез него растворе соли переходного металла,формула изобретенияИзмеритель концентрации ионов в растворе соли переходного металла, содержащий устройство для перевода непарамагнитных ионов протекающего раствора в парамагнитное состояние и электронно-парамагнитный анализатор, имеющий проточную ампулу измеряемого образца и сравнительный обра- зец, помещенные в резонатор модулятор поляризующего магнитного поля с нерегулируемым и регулируемым каскадами, нагруженными на катушки модуляции поля в этих образцах, измеритель отношения напряжений, магнит, задающий генератор, СВЧ-генератор, СВЧ-детектор, усилительно-преобразовательное устройство, причем выход задающего генератора соединен с входом нерегулируемого и первым входом регулируемого каскадов, выход нерегулируемого каскада соединен с катушкрй модуляции измеряемого образца, выход регулируемого каскада соединен с катушкой модуляции сравнительного образца, измерительная катушкизмеряемого образца подключена к первому входу измерителя отношения напряжений, а измерительная катушкасравнительного образца - к второмувходу измерителя отношения напряжений, СВЧ-генератор соединен с СВЧвходом резонатора, СВЧ-выход кото О рого соединен через СВЧ-детектор свходом усилительно-преобразовательного устройства, выход которогосоединен с вторым входом регулируемого каскада, а резонатор помещен в 11 зазор магнита, о т л и ч а ю щ и йс я тем что, с целью увеличения надежности и экспрессности при измерении концентрации непарамагнитныхионов, он дополнительно содержит пе редвижной электромагнитный экран,проточную ампулу компенсационного образца помещенную в резонатор, и ка"тушку модуляции компенсационного образца причем катушки модуляции ком пенсационного и измеряемого образцов подключены к выходу нерегулируемого каскада противогазно, вход измерителя концентрации ионов в растворе соли переходного металла подклюЗо чен,к входу проточной ампулы компенсационного образца, выход которойчерез устройство для перевода непарамагнитных ионов в парамагнитное состояние подключен к входу проточнойампулы измеряемого образца, а передвижной электромагнитный экран расположен соосно с внешней стороны проточной ампулы компенсационного образца и охватывает часть ее рабочегообъема.,Касард ед ое аказ оизводственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород оектна 43НИИБпо1303 Подписимитета СССРткрытийкая наб., д, 4/ Тираж 778Государственного келам изобретений иМосква, Ж, Рауш