Комірка електрохімічного газоаналізатора

Изобретение относится к области аналитического приборостроения, в частности, к электрохимическим газоанализаторам амперометрического типа для определения в воздухе концентрации водорода и других восстановительных газов и может быть использовано в сигнальных устройства х для индикации взрывоопасных концентраций газов в воздухе, в промышленной санитарии и при мониторинге окружающей среды. Наиболее близким к изобретению является ячейка электрохимического газоанализатора, представляющая собой каталитически активный электрод, слой полимерного или жидкого протонпроводящего электролита со связующим и выполненные из палладиевой фольги и отделенные от атмосферного воздуха специальной камерой электрод сравнения и вспомогательный электрод [2]. Электрод сравнения предварительно обрабатывают в атмосфере водорода для придания ему функции обратимого водоррдного электрода. Для поддержания постоянного значения потенциала этого электрода с помощью внешнего устройства требуется периодически его катодно поляризовать. В перерывах между подачей катодного тока происходит дрейф потенциала электрода сравнения, вызывающий нестабильность работы системы. Недостатками этой ячейки являются конструктивная сложность и необходимость соблюдения условий, обеспечивающих в процессе эксплуатации постоянное значение потенциала электрода сравнения. Задачей изобретения является упрощение конструкции и условий эксплуатации, а также повышение стабильности в работе ячейки электрохимического газоанализатора амперометрического типа для определения концентрации водорода и других восстановительных газов в воздухе, окисляющихся с образованием протонов. Поставленная задача решается тем, что в ячейку электрохимического газоанализатора для определения концентрации газов, окисляющихся с образованием протонов, содержащей каталитически активный индикаторный электрод, протонпроводящий электролит, вспомогательный электрод и электрод сравнения, согласно изобретению, вспомогательный электрод и электрод сравнения выполнены из диоксида рутения, нанесенного на пористую титановую матрицу, причем оба электрода находятся в одной плоскости и разделены диэлектриком. На чертеже показана принципиальная схема ячейки электрохимического газоанализатора. Ячейка электрохимического газоанализатора содержит твердый протонпроводящий электролит 1, каталитически активный индикаторный 2 и вспомогательный 3 электроды и корпус из диэлектрика 4. Часть вспомогательного электрода с помощью слоя диэлектрика 8 изолирована от основной массы вспомогательного электрода 3и образует электрод сравнения 6. Ячейка работает следующим образом. На индикаторном электроде 2 с помощью потенциостатирующего устройства 7 поддерживают заданное значение потенциала относительно неполяризуемого электрода 6. В этом случае ток электрохимической реакции протекает между индикаторным 2 и вспомогательным 3 электродами. Сила тока, прямо пропорциональная концентрации определяемого компонента в воздухе, измеряется амперметром 5. При эксплуатации ячейки на каталитически активном индикаторном электроде 2 происходит адсорбция водорода из воздуха с последующим окислением его по реакции а на вспомогательном электроде 3 - восстановление на диоксиде рутения адсорбированного из воздуха кислорода по реакции Образующаяся вода удаляется в воздух. При этом перенос зарядов через слой электролита 1 от индикаторного 2 к вспомогательному 3 электроду совершается протонами. На вспомогательном электроде протекает аналогичный процесс и при подаче на индикаторный электрод други х газов, окисляющихся с образованием протонов. Например, при подаче сероводорода на индикаторном электроде протекает реакция H2S+2H2O=SO2+6H++6e, а при подаче монооксила углепода – реакция В эти х случаях образующиеся диоксиды серы и углерода с индикаторного электрода удаляются в атмосферу. Пример. Для изготовления ячейки электрохимического газоанализатора в пресс-форму диаметром 18мм засыпают смесь порошков, содержащую 0,4 г платинированного титана, 0,5 г полисурьмяной кислоты и 0,2 г фторопласта. После уплотнения этого слоя пуансоном, засыпают смесь порошков, содержащую 1,0 г полисурьмяной кислоты и 0,2 г фторопласта, уплотняют пуансоном и засыпают смесь порошков, содержащую 0,4 г порошка титана, 0,5 г полисурьмяной кислоты и 0,2 г фторопласта и производят окончательное прессование при усилии 9 тс. Первый слой выполняет функции каталитически активного индикаторного электрода, второй - твердого протон проводящего электролита и третий -вспомогательного электрода. В спрессованной ячейке часть вспомогательного электрода с помощью режущего инструмента отделяют от основной массы, а образовавшееся пространство между частями вспомогательного электрода заполняют диэлектриком, например эпоксидной смолой. Полученный элемент закрепляют в корпусе из диэлектрика и подключают к измерительной схеме. Показатели работы ячейки электрохимического газоанализатора характеризуются представленной зависимостью силы тока ячейки от концентрации водорода в воздухе через 1 и 240 минут после подачи водорода при потенциале индикаторного электрода 0,3 В относительно диоксиднорутениевого электрода сравнения. Из таблицы видно, что в диапазоне концентраций водорода в воздухе 0,1-4% сила тока прямо пропорциональна концентрации водорода в воздухе как в начале измерений, так и через четыре часа непрерывной работы ячейки. Ячейка электрохимического газоанализатора может работать и при непосредственном подключении индикаторного и вспомогательного электродов к измерительному устройству - амперметру. Однако в этом случае прямо пропорциональная зависимость между силой тока и концентрацией водорода ограничивается верхними пределами, отвечающими соответственно 100 мкАи 1%. Предлагаемая ячейка электрохимического газоанализатора проста в изготовлении, удобна и стабильна в эксплуатации, имеет небольшие габариты. На ее основе может быть изготовлено малогабаритное устройство, позволяющее оперативно следить за состоянием окружающей среды в производственных помещениях и на открытом воздухе.