Спосіб вимірювання та контролю концентрації водних розчинів

1. Спосіб вимірювання та контролю концентрації водних розчинів, що включає вплив електромагнітного сигналу на контрольований розчин, вимірювання флуктуацій диференціальної температури розчину протягом фіксованого часу, який відповідає часу отримання максимальної дисперсії флуктуації температури, протягом якого на контрольований розчин впливають електромагнітним випромінюванням надвисокої частоти та низької інтенсивності, яка не приводить до зміни температури розчину, з подальшим розрахунком парамет 3 розчин, проводять виміри флуктуацій диференціальної температури розчину протягом фіксованого часу, який відповідає часу отримання максимальної дисперсії флуктуації температури, протягом якого на контрольований розчин впливає електромагнітне випромінювання надвисокої частоти та низької інтенсивності, з подальшим розрахунком відносних частот, на яких коефіцієнти Фур'є перетворення перевищують заданий рівень величини, без обліку самих значень цієї величини, при цьому значення відносних частот лінійно обернено пропорційно пов'язані з концентрацією розчину, а в значеннях автокореляційної функції з'являються відносні періоди прямо пропорційні концентрації розчину. Заявлений спосіб відрізняється від відомих тим, що використовується безперервне випромінювання вкрай високої частоти, а не послідовність імпульсів, або широтно-імпульсна модуляція зондуючого сигналу, а також знайдена залежність концентрації розчину від відносних частот Фур'є перетворення і відносних періодів автокореляційної функції квазівипадкового процесу зміни температур в мікрооб'ємах, оточуючих вимірювальні термопари. Тепловий рух атомів або молекул рідини вдалині від критичної точки складається з нерегулярних коливань середньою частотою 1/о, близькою до частот коливань атомів у кристалічних тілах, і амплітудою, яка визначається розмірами "вільного обсягу", наданої частинці її сусідами. Центр коливань визначається полем сусідніх частинок і зміщується разом зі зміщеннями цих частинок. Тому, на відміну від кристала, в рідині є тільки тимчасові і нестійкі положення рівноваги. Існує такий середній час , причому >>о, впродовж якого центр коливань кожної частинки зміщується на величину міжатомних відстаней. Це є, певно, характерний час, пов'язаний з самодифузією або перемішуванням частинок рідини. У рідині колективні коливання всієї системи у вигляді хвиль описують лише коливальну частину теплового руху частинок (майже всю), але зовсім не враховують настільки ж істотний трансляційний рух частинок. Залишається неупорядкована частина руху частинок, пов'язана головним чином з тепловим трансляційним рухом, яка проявляється у вигляді порушень порядку в рідині [6]. Наявність подібного руху в рідинах дозволяє очікувати наявності флуктуацій температури в будь-якому досить малому об'ємі рідини. Причому ці флуктуації залежатимуть від дуже слабких зовнішніх впливів високої частоти. Тому у пропонованому способі використовується вкрай висока частота впливу низької інтенсивності, реакція на яку буде залежати від концентрації розчину. Флуктуації температури вимірюють спеціальною вимірювальною апаратурою диференціальним методом за допомогою двох термопар, які поміщають у розчин. На Фіг.1 приведений вид типових залежностей, які визначаються експериментально, з яких визначаються величини концентрацій водних розчинів: дисперсії (Фіг.1.а), коефіцієнтів Фур'є перетворення (Фіг.1.б) і автокореляційної функції (Фіг.1.в). 66309 4 На Фіг.2 наведена залежність зміни відносних частот, при яких спостерігаються максимуми коефіцієнтів Фур'є, від концентрації водного розчину глюкози. На Фіг.3 наведена залежність відносних періодів повторення максимумів автокореляційної функції від концентрації водного розчину. Спосіб здійснюють наступним чином. В якості вимірюваного параметра для визначення концентрації водного розчину обрана флуктуація шуму диференціальної температури між контрольним і досліджуваним зразками. Тому всі експерименти проводилися за наступною методикою: досліджуваний розчин ділиться на дві ємності однакового обсягу - дві пробірки, тобто на контрольний зразок, який не піддається впливу, і на досліджуваний зразок, що піддавався впливу НВЧвипромінювання. Далі, пробірки поміщають у стійку з пінопласту, щоб виключити конвективний обмін із зовнішнім середовищем, при цьому висота стійки становить приблизно половину висоти пробірок, тому обсяг розчину вибирається так, щоб його рівень у пробірціне перевищував висоту стійки. Так, при ємності пробірки в 20мл, об'єм розчину склав 9-10мл. Отвори в пінопласті зроблені таким чином, що товщина пінопласту, що відокремлює пробірку від зовнішнього середовища з лицьового боку і з тильного боку стійки, становить близько 6мм. Відстань між отворами під пробірки в стійці вибрано таким чином, щоб виключити потрапляння в область діаграми направленості апарата НВЧ контрольної пробірки і становить 170мм між центрами пробірок. Кожну пробірку закривають пробкою з пінопласту для виключення впливу зовнішнього середовища товщиною порядку 10мм з отворами діаметром 1мм, через які протягнуті виводи термопари, які занурені в розчин на однакову глибину для обох пробірок. Диференціальний датчик температури виконаний у вигляді диференціальної термопари на основі мідьконстанта. Всі з'єднання виконані з урахуванням зовнішніх впливів на перехідні контакти і з'єднувальні дроти. З метою захисту від електричних перешкод, вся стійка з пробірками поміщається в металевий ящик без верхньої кришки, який заземлюється окремо від комп'ютера. В якості зовнішнього фізичного чинника використовують джерело НВЧвипромінювання - апарат "Ораторія-IV", діапазон робочих частот якого 58…68ГГц, зі спектральною щільністю потужності шуму 10-19Вт/Гц. Під час проведення експерименту голівка випромінювача НВЧ-апарата знаходиться навпроти пробірки з досліджуваним розчином, на підставці в оцинкованому металевому ящику. Сама голівка апарату щільно прилягає до лицьового боку стійки так, що контрольна пробірка не опромінюється. Голівка, за винятком робочої частини, обмотана обплетення та заземлена з метою зменшення впливу перешкод на результат вимірювання. Після кожного експерименту розчин виливається і пробірки промиваються дистильованою водою. У вимірювальній системі, що забезпечує запис значень диференціальної температури в ЕОМ, як критерій точності вимірювального тракту обрана середньоквадрати 5 чна похибка. Враховуючи швидкодію і розрядність ЛЦП в 12 біт, а також розмір вибірки в кілька тисяч для досягнення абсолютної похибки вимірювання в 0,03 °C, система забезпечує знімання інформації з періодичністю 2-3 секунди. Вимірюючи розчин невідомої концентрації та використовуючи Фіг.2 або Фіг.3 в якості еталонних залежностей, визначають відносні частоти максимумів коефіцієнтів Фур'є або відносні періоди максимумів автокореляційної функції, а за ним знаходять відповідну концентрацію розчину. Використання пропонованого способу вимірювання та контролю концентрації водних розчинів у порівнянні з існуючими способами дозволяє підвищити точність вимірювання концентрації, а також виключити вплив властивостей електродів на результат вимірювань, так як у розчині знаходяться тільки обидві термопари, за допомогою яких вимірюють диференціальну температуру. 66309 6 Джерела інформації: 1. Грилихес М.С., Филановский Б.К. Контактная кондуктометрия: Теория и практика метода./ Под ред. И.А.Агуфа - Л.: "Химия", 1980.-175с. 2. Иоффе Б.В. Рефрактометрические методы химии. Изд.2-е перераб. И доп. Л.:»Химия". 1974.400с. 3. Комплексный термический анализ/ Н.П.Бурмистрова, К.П.Прибывов, В.П.Савельев. Казань: Изд. Казан. ун-та.1981.-110с. 4. Основы жидкостной хроматографии. Пер. с англ. Под ред. А.А.Жуховицкого - М.: "Мир", 1973.264с. 5. Компанець М.М. Спосіб визначення концентрації водних розчинів етанолу МПК(2006) G01N33/14, №7150 А. 6. Фишер И.З. Статистическая теория жидкостей. - М. изд. физ.-мат лит. 1968-232с. 7 Комп’ютерна верстка Н. Лисенко 66309 8 Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601