Чутливий елемент для визначення хлорнуватистої кислоти в газовому середовищі

Реферат: Чутливий елемент для визначення хлорнуватистої кислоти в газовому середовищі містить капілярно-пористий корпус, заповнений електролітом, електрод порівняння всередині корпусу та індикаторного електрода на його відкритій поверхні, виготовлених із інертних металів. Капілярно-пористий корпус виконано із керамічної мембрани і заповнено сумішшю катіонного поліелектроліту з солями заліза, де солі заліза представлені еквімолярною сумішшю калію гексаціаноферату(ІІ) та калію гексаціаноферату(ІІІ), а катіонний поліелектроліт належить до класу четвертинних амонієвих солей. UA 117172 U (12) UA 117172 U UA 117172 U 5 10 15 20 25 30 35 Корисна модель належить до аналітичного приладобудування, зокрема до чутливих елементів електрохімічних датчиків для визначення домішок хлорнуватистої кислоти у газах, наприклад у атмосферному повітрі, і може бути використана в пристроях знезаражування повітря розчинами і аерозолями натрію гіпохлориту та для контролю технологічних процесів хімічних виробництв. Відомі детектори галогеноводнів в навколишньому повітрі у вигляді пластин або стрічок, насичених комплексними реагентами, які змінюють колір під дією цих речовин. Ці методи в більшій мірі є якісними, ніж кількісними і мають низьку чутливість. Відомий електрохімічний сенсор галогеноводнів потенціометричного типу, дія якого базується на зміні ЕРС комірки між електродом порівняння і індикаторним електродом в розчині, який поглинає газ [Патент №43422 Україна, МПК G01N 27/28; G01N 27/40; G01N 27/403. Електрохімічна комірка для кількісного визначення кисневмісних окислювальних газів у повітрі / Чвірук В.П.; Букет О.І.; Лінючева О.В. - №98020868, заявл. 18.02.1998; опубл. 17.12.2001.]. Недоліком такого сенсору є неможливість визначення вмісту галогеноводнів в газовій фазі, а лише в розчині, який поглинає газ, що збільшує тривалість аналізу. Найближчим аналогом є санітарний газовий сенсор, який складається з капілярно-пористого корпусу, заповненого електролітом, електрода порівняння, зануреного в електроліт, індикаторного електрода з вуглецевої тканини, просоченої електродно-активною речовиною хінгідроном, яка розподілена і заполімеризована у матриці з клею БФ-6, а електролітом є насичений хінгідроном концентрований розчин кальцію хлориду [Патент №53295 Україна. МПК G01N 27/26. Санітарний газовий сенсор / Безпальченко В.М. № 2002043306, заявл. 22.04.2002; опубл. 15.01.2003.]. Дія цього сенсора базується на вимірюванні зміни потенціалу індикаторного електрода в залежності від кислотності середовища, яка змінюється при розчиненні вимірюваного газу в розчині електроліту у діапазоні рН 1-9 (прототип). Недоліком найближчого аналога є те, що повільна дифузія повітря через пористу тканину уповільнює вимірювання, а присутній в ньому вуглекислий газ впливає на кислотність розчину і вносять цим значну похибку в результат вимірювання. Визначення ж окремого газу чи домішок, наприклад хлорнуватистої кислоти, потребує спеціально підібраних складових частин сенсору. Задачею корисної моделі є спрощення конструкції чутливого елемента, поліпшення його експлуатаційних характеристик поряд із створенням вибіркової чутливості до хлорнуватистої кислоти в газовому середовищі. Поставлена задача вирішується тим, що в чутливому елементі для визначення хлорнуватистої кислоти в газовому середовищі, який складається із капілярно-пористого корпусу, заповненого електролітом, електрода порівняння всередині корпусу та індикаторного електрода на його відкритій поверхні, які зроблені із інертних металів, наприклад платини, згідно з корисною моделлю, капілярно-пористий корпус виконано із керамічної мембрани і заповнено сумішшю катіонного поліелектроліту з солями заліза, де солі заліза представлені еквімолярною сумішшю калію гексаціаноферату(ІІ) та калію гексаціаноферату(ІІІ), а катіонний поліелектроліт належить до класу четвертинних амонієвих солей наступної формули: 40 CH3 N CH3 CH2 R CH2 N CH3 CH2 R' CH2 CH3 2nCln CH3 (CH2) , , HC CH 45 , m 3 2 5 де R, R" (m=14). Застосування пористої керамічної мембрани дозволило утримувати електроліт та електроди в одному корпусі, забезпечити запас необхідної речовини електроліту та гарантовано підтримувати постійним потенціал електрода порівняння. 1 UA 117172 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Використання катіонного поліелектроліту класу четвертинних амонієвих солей дозволило забезпечити довгий термін використання електроліту в атмосферних умовах в зв'язку з відносно високою в'язкістю та гігроскопічністю цих сполук. Комплексні сполуки заліза забезпечують вибіркову чутливість елемента до хлорнуватистої кислоти, яка знаходиться в газовому середовищі у вигляді пари, за рахунок їх окисно-відновної 3взаємодії у приповерхневому шарі електроліту. Використання окисно-відновної пари Fe(CN)6 4/Fe(CN)6 як потенціалвизначальної дозволяє збільшити нернстовський кутовий коефіцієнт ElgC, забезпечує необхідну відтворюваність початкових величин електродних потенціалів, а також дозволяє легко варіювати чутливість датчика при його виготовленні шляхом заміни кількості солей калію гексаціаноферату(П) та калію гексаціаноферату(ІІІ), що вводяться в електроліт. Таким чином, завдяки використанню керамічної пористої мембрани, яка утримує в собі електроліт і електроди, вибору спеціального електроліту, який складається із суміші катіонного поліелектроліту та солей заліза, зміною концентрації яких можна варіювати чутливість елемента, вдалося створити чутливий елемент потенціометричного типу, який забезпечує вибірковість до хлорнуватистої кислоти в газовому середовищі, простий за конструкцією і зручний при вимірюваннях, тобто поставлена задача вирішена з досягненням необхідного технічного результату. На фіг. 1 представлено чутливий елемент, який складається із капілярно-пористого корпусу 1, заповненого електролітом і вкритого шаром індиферентного ізолюючого матеріалу 2, електрода порівняння 3 всередині корпусу та індикаторного електрода 4 на його відкритій (неізольованій) поверхні, виготовлених із інертних металів, наприклад платини. З чутливим елементом працюють таким чином. Корпус елемента заповнюють відповідним розчином електроліту. Електроди підключають до наноамперметра. У відсутності хлорнуватистої кислоти в повітрі, струм, який проходить через шунт наноамперметра, є мінімальним, тому що електроди знаходяться в практично однакових умовах. При наявності в повітрі хлорнуватистої кислоти змінюється потенціал індикаторного електрода і збільшується струм в ланцюгу наноамперметра. Приклад здійснення. З пластини пористої силікатної кераміки товщиною 5 мм було виготовлено корпус датчика у вигляді таблетки діаметром 7 мм. З її протилежних боків у виточені пази глибиною 1 мм розмістили платинові електроди з ізольованими струмопідводами. Датчик вкрили силіконовим герметиком, залишаючи неізольованим тільки один бік таблетки з електродом на її поверхні. Корпус датчика було заповнено розчином електроліту, приготовленого додаванням до катіонного поліелектроліту еквімолярної суміші калію гексаціаноферату(ІІ) та калію -4 гексаціаноферату(ІІІ) з концентраціями 110 моль/л. Електроди були підключені до -9 наноамперметра з максимальною чутливістю 110 А на ділення 100-відсоткової шкали з опором шунта 1-50 кОм. Чутливість датчика (що визначалась різницею між корисним та фоновим сигналами в сталий проміжок часу) для концентрації хлорнуватистої кислоти в повітрі 3 -8 10 мг/м склала 3510 А. При заповненні аналогічного корпусу датчика електролітом, приготовленим додаванням до катіонного поліелектроліту еквімолярної суміші калію -3 гексаціаноферату(II) та калію гексаціаноферату(III) з концентраціями 110 моль/л, чутливість -8 датчика в тих же умовах зменшилась до 510 А для тієї ж концентрації хлорнуватистої кислоти. -6 Межа виявлення хлорнуватистої кислоти в повітрі 510 об. %. Такий чутливий елемент можна використовувати безпосередньо для визначення домішок хлорнуватистої кислоти в атмосферному повітрі в пристроях знезаражування повітря розчинами і аерозолями натрію гіпохлориту та для контролю стану атмосфери в цехах хімічних підприємств. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Чутливий елемент для визначення хлорнуватистої кислоти в газовому середовищі, який складається із капілярно-пористого корпусу, заповненого електролітом, електрода порівняння всередині корпусу та індикаторного електрода на його відкритій поверхні, виготовлених із інертних металів, наприклад платини, який відрізняється тим, що капілярно-пористий корпус виконано із керамічної мембрани і заповнено сумішшю катіонного поліелектроліту з солями заліза, де солі заліза представлені еквімолярною сумішшю калію гексаціаноферату(ІІ) та калію гексаціаноферату(ІІІ), а катіонний поліелектроліт належить до класу четвертинних амонієвих солей наступної формули: 2 UA 117172 U CH3 N CH3 CH2 R CH2 CH3 N CH2 R' CH2 CH3 2nCln , де R, R' – CH3 (CH2) , , C2 H5 , m H3C (m=14). Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 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