Спосіб визначення концентрації іонів у водних розчинах електролітів та прилад для його реалізації

Реферат: Винахід належить до хімії і може бути застосований в сільському господарстві. Спосіб визначення концентрації іонів у водних розчинах електролітів, відповідно до якого проводять визначення вмісту іонів у міліграмах на один літр розчину, водний розчин електроліту поміщають у електролітичну комірку, на електроди якої подають змінну електричну напругу величиною, рівною різниці нормальних електричних потенціалів катіонів і аніонів водного розчину, встановлюють напруженість електричного поля між електродами в діапазоні 1,0-2,0 В/см, встановлюють частоту електромагнітного поля в діапазоні 10-1000 Гц та налаштовують на резонанс електромагнітного поля з власними коливаннями іонів, визначають значення резонансної напруженості електромагнітного поля та резонансної частоти за значенням максимального резонансного струму, визначають концентрацію іонів за допомогою графіка градації або регресійного рівняння. Прилад для виконання способу містить міліамперметр для вимірювання електричного струму, послідовно приєднаний до електролітичної комірки, які у свою чергу у сукупності приєднані до джерела електромагнітних коливань, що містить регулятори напруги і частоти та прилади, що їх фіксують. Електролітична комірка містить регулятор відстані між електродами, що забезпечує регулювання напруженості електромагнітного поля між електродами при постійному значенні діючої величини змінної електричної напруги на їх затискачах. UA 114344 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до сільськогосподарського виробництва і може бути використаний у системі точного землеробства при розробці мобільних автоматизованих технологій збору інформації вмісту поживних речовин у ґрунті. Відомо спосіб прямої кондуктометрії, за яким визначають концентрацію йонів у водних розчинах електролітів за допомогою графіків градації, які будують за результатами вимірів питомої електропровідності серії водних розчинів визначених електролітів з визначеною концентрацією. Вимірюють питому електричну провідність досліджуваного зразка водного розчину електроліту і за допомогою графіка градації визначають концентрацію йонів [Пономарев В.Д. Аналитическая химия (в двух частях) / В.Д. Пономарев. - М.: Высшая школа, 1982. Ч.2 Количественный анализ. - с. 229-232]. Цей спосіб є найбільш близьким до того, що заявляється і тому прийнятий за прототип. Недоліком цього способу є те, що відсутня можливість визначати у водному розчині, який саме це електроліт та концентрацію його іонів. Відомо пристрій для визначення концентрацій іонів у водних розчинах електролітів за способом прямої кондуктометрії, який містить електролітичну комірку, приєднану у плече містка Кольрауша. Врівноважують місток за допомогою реохорда змінного опору, вимірюють опір досліджуваного зразка та враховують його питому електропровідність [Дамаскин Б.Б. Электрохимия: Учеб. Пособие для хим. фак. ун-тов / Б.Б. Дамаскин, О.А., Петрий. - М.: Высшая школа, 1987. - 295 с. - с. 65-66]. Цей пристрій є найбільш близьким до того, що заявляється, і тому прийнятий за прототип. Недоліком цього пристрою є те, що для всіх водних розчинів електролітів на електроди електролітичної комірки подається змінна напруга 4,5 В із частотою 1000 Гц. При такому вимірюванні не враховуються електрофізичні особливості водних розчинів електролітів, а саме нормальні електричні потенціали катіонів і аніонів та частоти власних коливань розчину в цілому. Задача винаходу є селективне визначення концентрації іонів у водних розчинах електролітів на основі явища резонансу коливань електромагнітного поля та власних коливань часток водного розчину електроліту та створення приладу для його реалізації. Поставлена винаходом задача вирішується завдяки тому, що у способі визначення концентрації іонів, водний розчин електроліту поміщають у електролітичну комірку, на електроди якої подають змінну електричну напругу величиною, рівною різниці нормальних електричних потенціалів катіонів і аніонів даного водного розчину, встановлюють напруженість електричного поля між електродами в діапазоні Е=(1,0-2,0) В/см, встановлюють частоту електромагнітного поля в діапазоні 10-1000 Гц та налаштовують на резонанс електромагнітного поля з власними коливаннями іонів, визначають значення резонансної напруженості електромагнітного поля та резонансної частоти та за значенням максимального резонансного струму, визначають концентрацію іонів за допомогою графіка градації або регресійного рівняння, для здійснення способу використовують міліамперметр для вимірювання електричного струму, послідовно приєднаний до електролітичної комірки, які у свою чергу у сукупності приєднані до джерела електромагнітних коливань, що містить регулятори напруги і частоти, та прилади, що їх фіксують. Електролітична комірка містить регулятор відстані між електродами, що забезпечує регулювання напруженості електромагнітного поля між електродами при постійному значенні діючої величини змінної електричної напруги на їх затискачах. Завдяки такому виконанню приладу для вимірювання концентрації іонів у водних розчинах електролітів на основі явища резонансу коливань електромагнітного поля та власних коливань водного розчину електроліту, створюються умови для селективного визначення назви іонів та їх концентрацію. При реалізації способу визначення концентрації йонів у водних розчинах електролітів у лабораторних умовах готують розчин із електролітів концентрацією від 100 до 500 мг/л з кроком 100 мг/л. Встановлюють реакцію розчинення електроліту та утворення іонів. Встановлюють значення нормальних електричних потенціалів, утворених у розчині аніонів та катіонів. Визначають величину діючої напруги, яку необхідно подати на затискачі електролітичної комірки за різницею нормальних потенціалів катіонів φк та аніонів φа : U=Δφ=φк+-φа , Β Поміщають один літр водного розчину з найбільшою концентрацією у електролітичну комірку, на затискачі якої подають напругу визначеної величини. Встановлюють напруженість електричного поля в діапазоні від 1,0 до 2,0 В/см з кроком 0,1 В/см. Змінюють частоту поля в діапазоні 10-1000 Гц та налаштовують на резонанс електромагнітного поля з власними 1 UA 114344 C2 5 коливаннями іонів. Визначають значення резонансного струму І Р за найбільшим значенням, резонансної напруженості ЕР та резонансної частоти fР. Визначають значення резонансного струму ІР для водних розчинів з іншою концентрацією при резонансній напруженості ЕР та резонансній частоті ЕР електромагнітного поля. Визначають концентрацію іонів за допомогою графіка градації або регресійного рівняння. Приклад реалізації винаходу пояснюється дослідами із водними розчинами гідроксиду + калію, в яких утворюються катіони калію К та гідроксид - аніони ОН : KOH 10 15 20 25 30 35 K++OH Величина змінної електричної напруги, яка подавалась на затискачі електролітичної комірки: U=Δφ=φк+-φOH-=2,9-(-0,8)=2,1 B. Водний розчин гідроксиду калію із концентрацією 500 мг/л помістили у електролітичну комірку. Почергово встановлювали відстань між електродами в діапазоні від 2,1 см до 1,05 см, що відповідає напрузі електричного поля в діапазоні від 1 в/см до 2 в/см. Фіксували струм при зміні частоти. При напруженості електричного поля ЕР=1,45 в/см та резонансній частоті fР=100 Гц максимальний резонансний струм зафіксовано ІР=243,3 мА. На Фіг. 1 зображена крива залежності електричного струму від частоти у водному розчині гідроксиду калію із концентрацією 500 мг/г при напруженості електричного поля Е=1,45 в/см. На Фіг. 2 зображено графік резонансного струму І Р від концентрації Скон. при резонансній напруженості поля ЕР=1,45 в/см та резонансній частоті fР=100 Гц. На Фіг. 3 зображено елементи приладу для вимірювання концентрації іонів у водних розчинах електролітів, де 1. - джерело електромагнітних коливань; 2. - міліамперметр; 3. - електролітична комірка. Прилад працює наступним чином: в електролітичну комірку 3 поміщають водний розчин електроліту. На затискачі електролітичної комірки від джерела електромагнітних коливань 1 встановлюють напругу, яка дорівнює різниці нормальних потенціалів аніонів і катіонів, встановлюють резонансну напруженість електричного поля ЕP та резонансну частоту fP фіксують резонансний струм ІP і за графіком градації визначають концентрацію аніонів та катіонів. Наприклад, для водного розчину калію гідроксиду було встановлено резонансну напруженість електричного поля ЕP=1,45 в/см і заміряно резонансний струм ІP=146 мА, за графіком градації визначаємо концентрацію калію гідроксиду, що становить Скон=300 мг/л, що відповідно до розрахунків становить концентрацію іонів калію С к+=209,1 мг/л та гідроксильної групи СOH-=90,9 мг/л. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 40 45 50 55 1. Спосіб визначення концентрації іонів у водних розчинах електролітів, при якому проводять визначення вмісту іонів у міліграмах на один літр розчину, який відрізняється тим, що водний розчин електроліту поміщають у електролітичну комірку, на електроди якої подають змінну електричну напругу величиною, рівною різниці нормальних електричних потенціалів катіонів і аніонів даного водного розчину, встановлюють напруженість електричного поля між електродами в діапазоні 1,0-2,0 В/см, встановлюють частоту електромагнітного поля в діапазоні 10-1000 Гц та налаштовують на резонанс електромагнітного поля з власними коливаннями іонів, визначають значення резонансної напруженості електромагнітного поля та резонансної частоти за значенням максимального резонансного струму, визначають концентрацію іонів за допомогою графіка градації або регресійного рівняння. 2. Прилад для виконання способу визначення концентрації іонів у водних розчинах електролітів за п. 1, що містить електролітичну комірку, який відрізняється тим, що містить міліамперметр для вимірювання електричного струму, послідовно приєднаний до електролітичної комірки, які у свою чергу у сукупності приєднані до джерела електромагнітних коливань, що містить регулятори напруги і частоти та прилади для їх фіксації, а електролітична комірка містить регулятор відстані між електродами, що забезпечує регулювання напруженості електромагнітного поля між електродами при постійному значенні діючої величини змінної електричної напруги на їх затискачах. 2 UA 114344 C2 Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3