Електрохімічний інжекційний аналізатор

Реферат: Винахід належить до хімічної промисловості, зокрема до хімічного аналізу надмалих концентрацій окисників та відновників в різних середовищах, і може бути використаний в промисловому хімічному аналізі, моніторингу зовнішнього середовища, медицині, криміналістиці та ін. Аналізатор складається з циліндричного корпусу, всередині якого по ходу електроліту розташовані генераторні електроди, дросель та індикаторні електроди. Внутрішній канал корпусу по ходу електроліту має після дроселя розширену частину, де розташовано анод у вигляді платинового дротика, пристрій для введення рідинної проби шприцом, індикаторний катод у вигляді купи платинових дротиків, які контактують один з одним. Вільна частина каналу між дроселем і індикаторним катодом виконана у вигляді зазору. Технічним результатом винаходу є полегшення операції введення проби рідини та забезпечення високої чутливості пристрою. UA 102412 C2 (12) UA 102412 C2 UA 102412 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до хімічної промисловості, зокрема 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.З.-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. Задача винаходу - полегшити операцію введення проби рідини та забезпечити високу чутливість пристрою. Вона вирішується тим, що у електрохімічному інжекційному аналізаторі, що складається з циліндричного корпусу, всередині якого по ходу електроліту розташовані генераторні електроди, дросель та індикаторні електроди, внутрішній канал корпусу по ходу електроліту має після дроселя розширену частину, де розташовано анод у вигляді платинового дротика, пристрій для введення рідинної проби шприцом, індикаторний катод у вигляді купи платинових дротиків, які контактують один з одним, при цьому вільна частина каналу між дроселем і індикаторним катодом виконана у вигляді зазору. Введення пристрою для введення рідинної проби дозволяє полегшити операцію введення проби. У відсутності пристрою для введення рідинної проби технічне рішення являє собою його вузол (рідинний електрохімічний підсилювач). Для ефективної роботи аналізатора необхідно окрім іншого забезпечити швидке і повноцінне змішування проби з робочим електролітом. Це відбувається у зазорі між дроселем і індикаторним катодом завдяки дифузії при значно уповільненій подовжній швидкості переміщення електроліту. Останнє за рахунок значного збільшення перетину каналу. Щоб зменшити вплив введення проби на роботу індикаторного анода, його розташовано попереду пристрою для введення. 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 купи платинових дротиків, які контактують один з одним, та розміщення в широкій частині каналу дозволяє завдяки збільшенню робочої поверхні електрода підвищити чутливість пристрою. Істотно, що шлях, який вибрано для збільшення робочої площини індикаторного катода у розширеній частини каналу, досягнуто за рахунок збільшення кількості його елементів, а не за рахунок їх довжини. Тому що щільність струму зменшується по мірі входу рідини в канал (Левин В. Г. Физико-химическая гидродинамика. - М.: Из-во АН СССР, 1952. - С.92-96). Таким чином, суттєвими ознаками винаходу є: наявність пристрою для введення проби, збільшення розміру перетину каналу у зоні змішування і індикаторного катода, порядок розташування в каналі елементів пристрою, конструкція індикаторного катода. На фіг. 1 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 - зазор (зона змішування), 8 - пристрій для введення рідинної проби шприцом з мембраною, що самоущільнюється. 1 UA 102412 C2 5 10 Пристрій працює наступним чином. В запропонованому рішенні для виділення корисного сигналу використовується концентраційна ЕРС між індикаторними електродами. Індикаторні електроди підключають до наноамперметра, що реєструє, генераторні - до гальваностата. На вхід аналізатора подається електроліт - водний розчин з молярною концентрацією йодиду калію 0,01-0,1 моль/л зі швидкістю 0,01-0,05 мл/с. Генераторна система (гальваностат, мікроамперметр і генераторні електроди) використовується для калібрування. Для проведення аналізу мікрошприцом за допомогою пристрою для введення проби вводять певну кількість проби речовини, що аналізується. При цьому наноамперметр записує сигнал, який виникає за рахунок різниці між концентраціями окисника біля індикаторних електродів. Площина під піком корисного сигналу пропорційна кількості речовини, що аналізується (відновника чи окисника). Розрахунки проводять за законом Фарадея: c 15 20 25 30  It zFv , де c - концентрація (моль/мл), v - об'єм проби, мл, I - струм, A, t - час, с, z - кількість електронів в елементарному акті реакції, F - стала Фарадея. Приклад здійснення. Корпус виконаний із скляної товстостінної трубки з внутрішнім діаметром 1,5 мм, відрізок якої (10 мм) використовується для підключення джерела електроліта, найдовший - для розміщення генераторних та індикаторних електродів, дроселя і змішувача, довжиною приблизно 60 мм. Далі притиснуто трубку з внутрішнім діаметром 7 мм, в якій по ходу електроліта розміщено індикаторний анод. Як пристрій для введення проби використовується боковий штуцер, до зашліфованого торця якого притиснута накидною гайкою гумова мембрана. Генераторні електроди та індикаторний анод з платинової проволоки довжиною 5 мм, діаметром 0,5 мм, індикаторний катод - купка щільно притиснутих один до одного платинових дротиків діаметром 0,2 мм і довжиною 10 мм. Зона змішування проби з електролітом має довжину 3 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 0,05 моль/л зі швидкістю 0,02 мл/с. Проба, що аналізується (2,0 мкл), 9 водний розчин тіосульфату натрію з концентрацією 0,005 моль/л, кількістю 1,0 × 10- молів. 9 Сигнал у вигляді хроматографічного піка з напівтовщиною 21 с. Знайдено речовини 0,89.10молів. Винахід може бути використаний в промисловому хімічному аналізі, моніторингу зовнішнього середовища, медицині, криміналістиці та ін. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 35 40 Електрохімічний інжекційний аналізатор, що складається з циліндричного корпусу, всередині якого по ходу електроліту розташовані генераторні електроди, дросель та індикаторні електроди, який відрізняється тим, що внутрішній канал корпусу по ходу електроліту має після дроселя розширену частину, де розташовано індикаторний анод у вигляді платинового дротика, пристрій для введення рідинної проби шприцом, індикаторний катод у вигляді купи платинових дротиків, які контактують один з одним, при цьому вільна частина каналу між дроселем і індикаторним катодом виконана у вигляді зазору. 2 UA 102412 C2 Комп’ютерна верстка І. Скворцова 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