Чутливий елемент газоаналізатора хлору у повітрі

Изобретение относится к области аналитического приборостроения, в частности, к электрохимическим газоанализаторам для определения концентрации хлора в воздухе и технологических газах и может быть использовано в промышленной санитарии, мониторинге окружающей среды, для контроля технологических процессов при производстве и переработке хлора в химической и други х отраслях промышленности. Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является чувствительный элемент электрохимического газоанализатора концентрации хлора в воздухе [2], в котором используют твердый электролит с униполярной проводимостью по ионам, чужеродным к хлору, а именно - алюминат серебра. ЭДС чувствительного элемента определяется вторичным равновесием реакции восстановления хлора, причем твердый электролит обладает ионной проводимостью по ионам серебра, которые являются чужеродными по отношению к определяемому компоненту хлору. Недостатком этого решения является высокое удельное сопротивление твердого электролита при температуре окружающей среды, что не позволяет эксплуатировать чувстви тельный элемент на его основе в более простом и надежном амперометрическом режиме, Кроме того, при длительном воздействии хлора один из основных компонентов системы - серебро превращается в его хлорид, в результате чего сокращается срок службы чувствительного элемента и снижается стабильность показаний во времени. Задачей изобретения является упрощение технологии изготовления и условий эксплуатации и увеличение срока службы чувствительного элемента газоанализатора хлора в воздухе. Поставленная задача решается тем, что в качестве электролита чувствительного элемента газоанализатора хлора в воздухе используют чужеродный к хлору твердый электролит с протонной проводимостью на основе гидратированного оксида сурьмы разупрочненной структуры состава с добавкой полимерного связующего. Схема предлагаемого чувстви тельного элемента для определения концентрации хлора в воздухе представлена на чертеже (фиг.). Чувствительный элемент состоит из твердого протонпроводящего электролита па основе гидратированного оксида сурьмы разупорядочненной структуры 1, каталитически активных индикаторного 2 и вспомогательного 3 электродов и корпуса из диэлектрика 4. Чувствительный элемент подключен к источнику постоянного тока 5, с помощью которого поддерживают заданное напряжение между электродами 2 и 3. Силу тока в цепи измеряют амперметром 6. Чувствительный элемент выполняется следующим образом. В матрицу пресс-формы равномерным слоем засыпают порошок каталитически активного материала, уплотняют пуансон, затем засыпают слой порошка гидратированного оксида сурьмы разупорядоченной структуры с полимерным связующим, уплотняют пуансоном, засыпают слой каталитически активного порошка и осуществляют окончательное прессование. С целью снижения расхода каталитически активных веществ, выполняющих в спрессованном виде функции электродов, они могут быть нанесены тонким слоем на. таблетку твердого электролита и закреплены на ее поверхности повторным прессованием. Полученную таблетку закрепляют в корпусе из диэлектрика. В качестве полимерного связующего, добавляемого в порошок твердого электролита, может быть использован порошок фторопласта или други х полимеров, стойких в среде протонпроводящего электролита в присутствии хлора и хлороводорода. Содержание полимерного связующего влияет на сопротивление чувствительного элемента и его механическую прочность. При содержании полимерного связующего 20 40мас.% сопротивление чувствительных элементов при усилии пресования 2,5тс/см 2 составляет 20 - 100Ом. При этом чувствительные элементы не разрушаются при многократном изменении относительной влажности воздуха от 30 до 100%. Падение напряжения на сопротивлении элемента в исследуемом диапазоне концентраций хлора в воздухе не превышает нескольких десятков милливольт, что не оказывает существенного влияния на потенциалы, анода и катода. С уменьшением содержания полимера снижается механическая прочность чувствительных элементов. При недостаточной механической прочности и изменении относительной влажности воздуха происходит самопроизвольное расслаивание элемента по электролиту. При содержании полимера выше 40% сопротивление элементов резко возрастает, что нарушает прямую пропорциональность между концентрацией хлора и выходным сигналом. Поэтому содержание связующего 20-40 мас.% является оптимальным. Чувствительный элемент работает следующим образом. В отсутствии хлора в воздухе при напряжении 1 В между электродами 2 и 3 протекает фоновый ток, обусловленный побочными реакциями. При появлении хлора в воздухе он адсорбируется на поверхности каталитически активного индикаторного электрода, восстанавливается в присутствии ионов по реакции а образующийся хлороводород удаляется в атмосферу. На вспомогательном электроде происходит разложение поглощаемых из атмосферы воздуха паров воды по формуле с удалением в атмосферу кислорода и миграцией к катоду ионов водорода. Пример. В пресс-форму диаметром 18мм засыпают смесь порошков, состоящую из 1г гидратированного оксида сурьмы разупрочненной структуры состава и 0,3г фторопласта. На обе стороны спрессованной при усилии 5тс таблетки наносят слой каталитически активного порошка и затем прессуют при усилии 9тс. Таблетку монтируют в корпусе из диэлектрика, и с помощью внешнего источника тока на электродах поддерживают постоянное напряжение 1,0В. При комнатной температуре получена следующая зависимость силы концентрации хлора в воздухе: тока от Из полученных данных следует, что измеряемая сила тока за вычетом фона в широком диапазоне прямо пропорциональна концентрации хлора в воздухе. Прямая пропорциональность между выходным сигналом чувствительного элемента и концентрацией хлора в воздухе сохраняется и при други х температурах. В интервале температур -15 - +30°C при концентраций хлора в воздухе 250мг/м 3 получена следующая зависимость: Она имеет линейный характер, что позволяет учесть температурную поправку при измерениях концентрации хлора в воздухе в области температур, отличных от комнатных. Быстродействие чувствительного элемента, определяемое как 90% от установившейся силы тока, при концентрации хлора в воздуха 250мг/м 3 составляет 30 - 35°C. Таким образом, использование настоящего изобретения позволяет упростить технологию изготовления чувствительных элементов и их эксплуатации (благодаря высокой электропроводности электролита эксплуатируют в амперометрическом режиме), а также повысить их стабильность во времени (продукты реакции удаляются в а тмосферу). Предлагаемый чувствительный элемент может быть основой миниатюрного электрохимического газоанализатора для определения хлора, в промышленных и природных объектах.