Електрохімічний інжекційний аналізатор

Реферат: Винахід належить до хімічного аналізу надмалих концентрацій окисників та відновників в різних середовищах і може бути використаний в хімічній промисловості, при моніторингу зовнішнього середовища, в медицині, криміналістиці тощо. Електрохімічний інжекційний аналізатор містить циліндричний корпус, всередині якого по ходу електроліту розташовані пристрій для введення рідинної проби шприцом та розміщений за ним змішувач, виконаний у вигляді каналу, вдовж якого розташовано множину дротиків з тефлону. За змішувачем послідовно розміщені генераторні електроди, дросель та індикаторні електроди. При цьому генераторний катод, генераторний анод та індикаторний анод зазначених електродів виконані з платинового дроту, а розміщений останнім індикаторний катод виконаний з множини платинових дротиків, які щільно притиснуті один до одного. Аналізатор забезпечує підвищення чутливості вимірювання. UA 101514 C2 (12) UA 101514 C2 UA 101514 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до хімічного аналізу надмалих концентрацій окисників та відновників в різних середовищах. Відоме аналогічне рішення (Ruzicka J., Hansen E.H. Flow Injection Analysis. Part 1. A New Concept of Fast Continuous Flow Analysis. // Anal. Chim. Acta. 1975. Vol. 78. P. 145-157). В цьому разі аналіз здійснюють в прилад, який принципово складається з джерела діючого реактиву, пристрою для інжекційного введення проби досліджуваної речовини, змішувача та детектора. Як детектори використовують оптичні, електрохімічні, біологічні та інші сенсори. Основними недоліками пристроїв є відносно низька чутливість до окисників та відновників. Відомий кулонометричний газовий детектор (Кричмар С.И. Усовершенствование конструкции кулонометрического детектора для газовой хроматографии и электролит для его использования//Журн. аналит. хим. Т. 42. Вып. 3.-1987. - С. 549-553) (прототип). В рішенні використовується електрохімічна йод-йодидна система. Детектор складається з циліндричного корпусу, всередині якого розташовані два нитковидних платинових електроди, сопло для вводу газу та бокового штуцера для вводу електроліту. В штуцері розташовані по ходу електроліту генераторні катод, анод і гідродинамічний дросель. За допомогою генераторних електродів виконують настройку та калібрування. Між дроселем і соплом розташовано у вигляді платинового дротика індикаторний анод, а ниткові електроди зовні сполучені та виконують функцію індикаторного катода. Пристрій має високу чутливість. Принаймні цей пристрій можливо застосувати як рідинний аналізатор, якщо ввести рідинну пробу на вхід в канал бокового штуцера. В цьому разі канал бокового штуцера виконує роль змішувача. Таким чином, пристрій дає змогу визначати домішки окисників та відновників в газах та рідинах. Його недоліками є: відсутність пристрою для інжекційного введення проби, низька ефективність змішування реагентів, потреба у джерелі газу. Задачею винаходу є створення електрохімічного інжекційного аналізатора, в якому за рахунок конструктивних особливостей полегшується операція введення проби рідини та підвищується чутливість пристрою. Поставлена задача вирішується тим, що в електрохімічний інжекційний аналізатор, що містить циліндричний корпус, всередині якого по ходу електроліту розташовані платинові генераторні електроди, дросель та платинові індикаторні електроди, згідно з винаходом, додатково введені пристрій для введення рідинної проби шприцом, який розташований першим по ходу електроліту, та розміщений за ним змішувач, виконаний у вигляді каналу, вдовж якого розташовано множину дротиків з тефлону, за змішувачем послідовно розміщені вищевказані генераторні електроди, дросель та індикаторні електроди, при цьому генераторний катод, генераторний анод та індикаторний анод зазначених електродів виконані з платинового дроту, а розміщений останнім індикаторний катод виконаний з множини платинових дротиків, які щільно притиснуті один до одного. На відміну від прототипу введення пристрою для введення проби шприцом запропоноване технічне рішення із рідинного електрохімічного підсилювача перетворює на електрохімічний інжекційний аналізатор. Для ефективної роботи детектора необхідно окрім іншого забезпечити швидке і повноцінне змішування проби з реагентом. Для цього потрібен змішувач. Щоб звести до мінімуму сорбцію на стінках каналів у змішувачі пропонується насадку змішувача виконати з тефлону. Окрім того, для повноти реакції взаємодії речовини, що аналізується, з робочим електролітом потрібна висока швидкість змішування. Змішуваччерез малі розміри пристрою найбільш доцільно виконати дифузійним. Дифузійний потік речовини fd з концентрацією с у вузькому каналі завтовшки в 2 дорівнює fdSDc/Dc (S - площина перетину каналу, D - коефіцієнт дифузії), а конвекційний потік дорівнює 2 fk  Suс =  uc (u - лінійна швидкість руху рідини), тоді співвідношення, яке являє собою ступінь участі у fk u  . fd D змішуванні, має вигляд Звідки видно, що при однаковій швидкості руху, щоб змішування було краще, потрібен менший перетин каналу. Розташування індикаторного анода поперед катода забезпечує найменшу сталу часу та найбільше підсилення за струмом (Кричмар С.И. Иод-иодидные сенсоры с использованием электрохимического усиления. Теоретические оценки и критерии//Журн. аналит. хим. Т. 45. Вып. 10.-1990. - С. 1960-1966). Виготовлення індикаторного катода у вигляді множини платинових дротиків, які контактують один з одним, дозволяє завдяки збільшенню робочої поверхні електрода підвищити чутливість. 1 UA 101514 C2 5 10 15 Таким чином суттєвими ознаками винаходу є: наявність пристрою для введення проби, конструкція змішувача, розташування індикаторного анода, конструкція індикаторного катода. На кресленні показана схема пристрою. 1 - корпус з хімічно індиферентного та електронепровідного матеріалу, 2 і 3 - відповідно індикаторні катод і анод, 4 і 5 - відповідно генераторні анод і катод, 6 - дросель, 7 - пристрій для введення проби шприцом, 8 - гумова мембрана, 9 - змішувач. Індикаторні електроди підключають до потенціостату, генераторні - до гальваностату. На вхід аналізатора подається електроліт - водний розчин йодиду калію, зі швидкістю 0,01-0,05 мл/с. За допомогою потенціостату встановлюють напругу на індикаторні електроди 2, 3 такої величини, щоб рівень сигналу на мікроамперметрі, що реєструє, складав приблизно 10-20 % шкали. Генераторна система (гальваностат, мікроамперметр і генераторні електроди 4, 5) використовується для калібрування. Для проведення аналізу мікрошприцом за допомогою пристрою для введення проби 7 вводять певну кількість проби речовини, що аналізується. При цьому мікроамперметр потенціостату, що реєструє, записує сигнал. Площина під піком корисного сигналу пропорційна кількості речовини, що аналізується (відновника чи окисника). Розрахунки проводять за законом Фарадея:  It , zFv де с - концентрація (моль/мл), v - об'єм проби, мл, І - струм, A, t - час, с, z - кількість електронів в елементарному акті реакції, F - стала Фарадея. Приклад здійснення. Корпус виконаний із скляної товстостінної трубки несиметричної Т-подібної форми з внутрішнім діаметром 3 мм, найкоротший відрізок якої (10 мм) використовується для підключення джерела електроліту, найдовший - для розміщення генераторних та індикаторних електродів, дроселя і змішувача, довжиною приблизно 60 мм. Вертикальний відрізок трубки (30 мм) використовується для утворення пристрою для введення проби під шприц. До зашліфованого торця цієї трубки притиснута накидною гайкою гумова мембрана. Генераторні електроди та індикаторний анод виконані з платинового дроту довжиною 5 мм, діаметром 0,5 мм, індикаторний катод - множина щільно притиснутих один до одного платинових дротиків діаметром 0,2 мм і довжиною 20 мм. Змішувач - множина дротиків з тефлону довжиною 20 мм, діаметром 0,5 мм. Довжина каналу дроселя складає 10 мм, внутрішній діаметр каналу - 0,2 мм. На вхід пристрою подається з напірної склянки електроліт - водний розчин йодиду калію з молярною концентрацією 0,0005 моль/л зі швидкістю 0,02 мл/с. Проба, що аналізується (2,0 . -9 мкл) - водяний розчин тіосульфату натрію з концентрацією 0,005 моль/л, кількістю 1,0 10 молів. . -9 Сигнал у вигляді хроматографічного піка з півтовщиною 21 с. Знайдено речовини 0,89 10 молів. Винахід може бути використаний в промисловому хімічному аналізі, моніторингу зовнішнього середовища, медицині, криміналістиці та ін. c 20 25 30 35 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 40 45 50 Електрохімічний інжекційний аналізатор, що містить циліндричний корпус, всередині якого по ходу електроліту розташовані платинові генераторні електроди, дросель та платинові індикаторні електроди, який відрізняється тим, що в нього додатково введені пристрій для введення рідинної проби шприцом, який розташований першим по ходу електроліту, та розміщений за ним змішувач, виконаний у вигляді каналу, вдовж якого розташовано множину дротиків з тефлону, за змішувачем послідовно розміщені вищевказані генераторні електроди, дросель та індикаторні електроди, при цьому генераторний катод, генераторний анод та індикаторний анод зазначених електродів виконані з платинового дроту, а розміщений останнім індикаторний катод виконаний з множини платинових дротиків, які щільно притиснуті один до одного. 2 UA 101514 C2 Комп’ютерна верстка Л. Купенко 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 3