Способ определения содержания общего органического углерода в воде и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 1 И 274 150 4 Я Ц3 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ерГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Институт электрохимии АН СССР(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯОБЩЕГО ОРГАНИЧЕСКОГО УГЛЕРОДА В ВОДЕИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ,(57) 1. Способ определения содержания общего органического углерода вводе путем пропускания через исследуемую среду с помощью электродов,один из которых платиновый, измери,ЯО 115236 тельного импульса тока длительностью0,001-0,1 с в области потенциаловплатинового электрода 0,0-0,4 В, иизмерения количества электричества,протекшего за время импульса, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения прочности, экспрессности и надежности измерений, наплатиновый электрод в исследуемойсреде налагают ряд прямоугольных импульсов при уровне потенциалов от- 0,1 до +1,8 В с выдержкой при каждом потенциале 1-2 с, затем подаютна него два последовательных измерительных импульса с выдержкой приуровне потенциала 0,4 - 0,5 В передпервым импульсом 1-5 с, а перед вторым 30-200 с, и по относительной разности количеств электричества,шедшего через электрод за времявого и второго импульсов, судятсодержании органического углероводе.2. Устройство для определения содержания общего органического углерода, включающее электрохимический датчик, регулирующий усилитель, к инвертирующему входу которого подключен источник задаваемого напряжения, а к выходу подключен вспомогательный электрод, согласующий усилитель, вход которого подключен к сравнительному электроду, а выход - к инвертирующему входу регулирующего усилителя, токовый усилитель, к инвертирующему входу которого подключен рабочий электрод, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что, устрой 152367ство допопнительно снабжено блокомфункционального преобразователя, блском программного задающего устройства и коммутирующими элементами,причем блок функционального преобразователя, подключенный к выходу токового усилителя, содержит два интегратора, входы которых соединеныс коммутирующими элементами, управляемыми программным задающим устройством, а выходы - с вычитающим устройством, к выходу которого подсоединен компаратор, а программное задающее устройство подключено к входурегулирующего усилителя.1Способ определения содержания общего органического углерода в воде относится к физико-химическим способам анализа и может найти применение для контроля чистоты производственных и бытовых вод, а также для определения количества органических примесей в растворах, используемых в различных химических процессах.Известен способ определения содержания общего органического углерода в воде.по сжиганию органических веществ до углекислого газа с дальнейшим определением его количества,Способ поддается автоматизации.Однако при его осуществлении необходимо поддерживать температурныйрежим в узких пределах, продуватьпробы воздухом для удаления неорганического углерода, что приводитк потере летучих органических веществ,Наиболее близким к предлагаемому является способ определения содержания общего органического углерода в воде путем пропускания через исследуемую среду с помощьюэлектродов, один из которых платиновый, измерительного импульса токадлительностью 0,001-0,1 с в области потенциалов платинового электрода 0,0-0,4 В и измерения количества электричества, протекающего завремя импульса,2Для измерений используют устройство для определения содержания общего органического углерода в воде, включающее электрохимичес- . 5 кий датчик, регулирующий усилитель, к инвертирующему входу которого подключен источник задаваемого напряжения, а к выходу подключен вспомогательный электрод, согласующий усилитель, вход которого подключен к сравнительному электроду, а выход - к инвертирующему входу регулирующего усилителя, токовый усилитель, к инвертирующему входу которого подключен рабочий электрод.Сначала в ячейку помещают 20 млраствора 1 н. Н ЯО, на электрод подают катодный импульс потенциала от 0,1-0,0 В и измеряют ток во времени импульса, Затем в ячейку добавляют определенное количество пробы1воды, содержащей органические примеси, и снова измеряют изменение тока во времени такого же импульса. На платиновом электроде в области потенциалов 0,0-0,4 В в 1 н. Н ЯО2присутствует адсорбированный водо- ЗО род. При добавлении органическихвеществ в раствор происходит вытеснение водорода с поверхности платины за счет адсорбции органическихвеществ на платине. Время, необходимое для достижения одного и того1152367 же снижения адсорбции водорода, т.е.одной и той же поверхностной концентрации, пропорционально концентрацииорганических примесей в пробе. Сначала определяют время, необходимоедля достижения принятой поверхностной концентрации органических веществ при введении в фоновый раствор добавки калибровочного раствора2 с известным содержанием органического углерода С , Затем определяют время х, необходимое длядостижения такой же поверхностнойконцентрации при введении в фон такого же количества добавки исследуемой воды. Содержание органическогоуглерода определяют по формуле 5 10 15 20 Ск "кСх л"х 25 30 Недостатком этого способа является то, что необходимо проводить измерения в фоне перед каждым измерением в пробе. Это обуславливает большую длительность анализа, а, с другой стороны, уменьшает надежность, так как введение лишней операции увеличивает вероятность случайных ошибок,Цель изобретения - повышение точности, экспрессности и надежности определения общего органического углерода в воде.,Цель достигается тем, что в способе определения содержания общегоорганического углерода в воде путем пропускания через исследуемуюсреду с помощью электродов, один изкоторых платиновый, измерительногоимпульса тока длительностью 0,001 О,1 с в области потенциалов платинового электрода 0,0-0,4 В и измеренияколичества электричества, протекающего за время импульса, согласноизобретению на платиновый электродв исследуемой среде налагают рядпрямоугольных импульсов при уровне потенциалов -0,1+1,8 В с выдержкой при каждом потенциале 1-2 с,затем подают на него два последовательных измерительных импульса с выдержкой при уровне потенциала 0,4+0,5 В перед первым импульсом1-5 с, а перед вторым 30-200 с, и поотносительной разности количестваэлектричества, проходящего через электрод за время первого и . второго импульсов, судят о со 35 40 45 50 55 держаниив воде.С этой целью известное устройство для определения содержания общего органического углерода в воде, включающее электрохимический датчик, регулирующий усилитель, к инвертирующему входу которого подключен источник задаваемого напряжения, а к выходу подключен вспомогательорганического углерода ный электрод, согласующий усилитель,вход которого подключен к сравнительному электроду, а выход - к инвертирующему входу регулирующего усилителя, токовый усилитель, к инвертирующему входу которого подключенрабочий электрод, согласно изобретению, дополнительно снабжено блоком функционального преобразователя,блоком программного задающего устройства и коммутирующими элементами, причем блок функционального преобразователя, подключенный к выходу токового усилителя, содержит два интегратора, входы которых соединены с коммутирующими элементами, управляемыми программным задающим устройством, а выходы - с вычитающим устройством, к выходу которого подсоединен компаратор, а программное задающее устройство подключено к входу регулирующего усилителя.Способ осуществляется следующим образом.В ячейку заливают пробу анализируемой воды, растворенной в 1 н.Н БО, и платиновый электрод подвергают предварительной подготовке в этом растворе, для чего производят периодическое изменение потенциала электрода от (к =-0,1-+0,1 В до=+1,2-+1,8 В с выдержкой прив течение 1 с и при д в течение 1 с. Общая длительность пред" варительной подготовки 30 с. Предварительная подготовка электрода подбиралась. таким образом, чтобы количество электричества, прошедшее через электрод во время импульса в области потенциалов 0,4-0,01 В в растворе пробы, соответствовало бы количеству электричества при таком же импульсе в 1 н. К 304.Выбранная.предобработка позволяет полностью очистить поверхность электрода от органических примесей, .присутствующих в растворе, т.е, получить поверхность электрода в раст152367 Ь 1 О .личества прошедшего электричества 5 1 воре пробы такую же чистую, как и в растворе 1 н.Н БОПотенциалы, длительность импульсов и длительность подготовки зависят от типа вод и от присутствующих в них органических примесей. Чем труднее окисляются органические примеси, тем более положительным должно быть значение анодного потенциала и тем продолжительней должна быть подготовка.После подготовки на электрод накладываются два последовательных пилообразных импульса от Ч =0,4 В до=0,0 В длительностью 0,001-0,1 с с определенным временем выдержки при потенциалах 0,4-0,5 В перед каждым импульсом. Первый из накладываемых на электрод импульсов является опорным и в этом случае время выдержки электрода не превышает 5 с. Время выдержки подбиралось таким образом, чтобы оно обеспечивало спад емкостных токов, но было недостаточно для адсорбции органических веществ из раствора, Критерием правильности выбора времени служило совпадение количества электричества, прошедшее через электрод во время импульса от Ч =0,4 до д =0,0 В в чистом растворе 1 н. Н 804 и в растворе 1 н. НЯО 4, содержащем пробу. Чем выше содержание органических примесей в растворе, тем меньше должна быть выдержка электрода. При содержании общего органического углерода меньше 10 мг/л - 3-5 с, от 10 мг/л до 100 мг/л - 1-2 с, больше 100-2000 - 1 с и меньше.После прохождения опорного импульса электрод выдерживался при=0,4-0,5 (потенциале адсорбции) в течение определенного интервала времени, достаточного, чтобы органические примеси количественно адсорбировались на поверхность электрода.Эксперимент показал, что для большинства органических веществ это интервал времени 100 с.Потенциал адсорбции бып выбран в области 0,4-0,5 В, исходя из того, что большинство органических соединений на платине адсорбируется именно в этой области. После выдержки при потенциале адсорбции на электрод подается вто 15 20 25 30 35 40 45 50 55 рой импульс, полностью аналогичный первому, количество электричества, проходящее через электрод во время этого импульса из-за присутствия на поверхности адсорбированных органических частиц, заметно меньше, чем в опорном импульсе, Время выдержки подбиралось таким образом, чтобы получить максимальное снижение ково втором импульсе, т.е. максимальную адсорбцию органических частицна поверхности электрода.Таким образом, в данном способепредварительная подготовка обеспечивает чистоту поверхности электрода в растворе пробы такую же, как ив растворе фона, а выбранный уровеньпотенциала адсорбции и время вы -держки при нем позволяют получитьколичественные данные о содержанииорганических примесей в пробе,Способ реализуется с помощью устройства, структурная схема которого приведена на фиг.1; на фиг.2диаграмма работы устройства в координатах 0-1,Устройство включает источник 1задаваемого напряжения, программноезадающее устройство 2, регулирующийусилитель 3, масштабирующие сопротивления 4-7, электрохимическийдатчик 8 с вспомогательным электродом 9, рабочим электродом 10 и электродом сравнения 11, согласующийусилитель 12, токовый усилитель 3,коммутирующие элементы 14 и 15. Последние вместе с интеграторами 16 и17, вычитающим устройством 18 и компаратором 19 составляют блок функционального преобразователя.Программное задающее устройство2 определяет программу воздействияна исследуемый объект в виде заданной последовательности скачков напряжения для предварительной подготовки поверхности электрода с последующим измерением напряжения полинейному закону до заданного уровня.Регулирующий усилитель 3 выполняет функцию электронного регулятора, обеспечивающего регулированиепотенциала рабочего электрода и сумматора внешних воздействийи Цо,.Согласующий усилитель 12 с коэффициентом передачи, равным единице,осуществляет функцию согласованияцепи электрода сравнения электро2367 8менты 14 и 15 поступает на вход интеграторов 16 и 17. В процессе прохождения программы предварительнойподготовки коммутирующие элементы14 и 15 разомкнуты, После окончаниявыдержки , см.фиг.2) коммутирующий элемент 14 замыкается и токовыйсигнал, полученный в результате воздействия первого пилообразного им О пульса, поступает на вход интегратора 16, В результате на выходе интегратора получается величина количества электричества 7 115 химического датчика с входной цепью регулирующего усилителя 3 и позволяет регистрировать потенциал рабочего электрода стандартными пробами.Токовый усилитель 13 представляет собой преобразователь ток-напряжение и обеспечивает измерение тока электрохимического датчикаи0 согласование с регистратором тока.Блок функционального преобразователя предназначен для получения выходного сигнала, пропорционального интегралу входного тока, и для сравнения разностного сигнала лЦ с опорнымУстройство работает следующим образом.Для реализации программы предварительной подготовки электрода с помощью программного задающего устройства устанавливается начальный уровень потенциала 11 (см.фиг.2). Через заданный промежуток времениформируется скачок напряжения заданной амплитуды и полярности Далее через промежуток времени 12 формируется скачок 0 . После окончания интервала времени 1 форми 3 руется измерительная часть потен- ЗО циодинамического импульса. Блок программного задающего устройства формирует линейно-изменяющееся напряжение с заданной амплитудой и скоростью3После окончания длительности первого опорного пилообразного импульса 1 через заданный промежуток временина выходе програм много задающего устройства формируется второй измерительный пилообразный импульс с заданной амплитудойОи скоростью 1= вполностью иден 45 15 где 20 35 50 тичный первому.Таким образом, сформированная программа воздействия на рабочий электрод в виде заданной последовательности скачков напряжения для предварительнойподготовки поверх - ности электрода с последующим изменением напряжения по линейному зако ну до заданного уровня поступает на вход регулирующего усилителя 3.Токовый сигнал с выхода усилителя 13 через коммутирующие эленапряжение на выходе интегратора 16;постоянная времени интегратора 6;сопротивление 7 в цепиотрицательной обратнойсвязи усилителя 13. После окончания длительности первого пилообразного импульса ( 4 фиг.2) коммутирующий элемент 14 размыкается и величиназапоминается Через заданный промежуток времениформируется второй пилообразный импульс. Коммутирующий элемент 15 замыкается и токовый сигнал, соответствующий второму пилообразному импульсу, поступает на вход интегратора 17, на выходе которого получаем величину Ц = , , где0 у "гоя - напряжение на выходе интегратора 17. Далее сигналы 9 и Ц пОступают на вход вычитающего уст- ройства 18, с выхода которого разностный сигнал поступает на один вход компаратора 19, на второй вход которого подается требуемая величина опорного сигнала. В результате на выходе компаратора получаем сигнал1 2пропорциональный общеиэмму количеству органического углерода в воде.С помощью данного способа и устройства для его осуществления определение содержания общего органического углерода в воде проводится за 2-3 мин с точностью 1 с.1152367 актор С.Титова Техред З.Палий ор И.Муска ор Заказ 8558/6Тираж 89 б ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 113035, Москва, Ж, Родписно СР мите открытии ская наб 4/5 илиап П 1 П 1 "Патент", г. Ужгород, ул.Проектная, 4