Спосіб калібрування потенціометричного рco2-давача

Реферат: Спосіб калібрування потенціометричного рСО2-давача полягає у одночасному вимірюванні в комірці електропровідності калібрувального розчину і електрорушійної сили рСО2-давача, та побудові калібрувального графіку. За даними електропровідності розраховують активність СО2, (аСО2) та величину рСО2. UA 88011 U (54) СПОСІБ КАЛІБРУВАННЯ ПОТЕНЦІОМЕТРИЧНОГО рCO2-ДАВАЧА UA 88011 U UA 88011 U 5 Корисна модель належить до електрохімічних методів аналізу рідких середовищ в галузях науки, медицини, промислових підприємств та ін. Відомий спосіб за яким через герметичну комірку, у якій знаходиться рСО2-давач, за допомогою двох насосів прокачують розчини гідрокарбонату натрію (NaHCO3) і соляної кислоти (НСГ) [1]. У комірці ці розчини змішуються і відбувається хімічна реакція з утворенням розчиненої вільної вуглекислоти (СО2) згідно з рівнянням: НСО3 + H  СО2 + Н2О. 10 15 20 + (1) Недоліком такого калібрування є складність обладнання. Для точної подачі розчинів необхідно використовувати прецезійні дозуючі насоси і спеціальну герметичну комірку. До того ж, при змішуванні розчинів, не виключена можливість переходу СО2 у газову фазу у вигляді бульбашок, що призведе до невідповідності СО2, яке розраховується за хімічною реакцією і концентрацією СО2, на яку реагує рСО2-давач. Відомий також спосіб калібрування, який полягає у тому, що давач поміщають у середовище водяної пари, насиченої СО2 [2]. Недоліком цього калібрування є те, що у такий спосіб отримують лише одну калібрувальну точку, тобто коректують значення вільного члена у лінійній залежності між значенням електрорушійної сили і показником розчиненої вуглекислоти, а значення крутизни (кутового коефіцієнта) вважають відомим. Найбільш близьким до способу, що пропонується є спосіб калібрування потенціометричного (рН) електрода [3]. В цьому способі калібрувальним є водний (деіонізована вода) розчин вільної + вуглекислоти із змінним її вмістом у діапазоні рСО2 від 2 до 4. Активність іонів водню (aH ) у калібрувальному розчині розраховують за формулою, яку отримують на підставі рівняння електронейтральності: 25 a      30 35 45 50   10   CO     3 , (2) де  - електропровідність калібрувального розчину;  - іонна рухливість компонента, вказаного в індексованій позиції. Таким чином, для визначення активності іонів водню необхідно знати електропровідність + розчину. Калібрувальний графік будують в координатах ε(мВ) - -log(aH ), де ε - електрорушійна сила електродної пари: індикаторний pH - електрод - електрод порівняння. Завданням корисної моделі є збільшення точності і спрощення процедури калібрування. Завдання реалізовують завдяки тому, що у способі калібрування, який полягає у одночасному вимірюванні в комірці електропровідності калібрувального розчину і електрорушійної сили рСО2-давача, та побудові калібрувального графіка, за даними електропровідності розраховують активність СО2, (аCO2) та величину рСО2 за формулами: aCO2   40 3  2 1  10 6   CO     3  2   , pCO 2   log aCO2  , будують калібрувальний графік в координатах „ε - рСО2(  )", де ε - електрорушійна сила рСО2-давача;  - електропровідність калібрувального розчину;  - питома електропровідність; К1 - константа дисоціації вугільної кислоти першого ступеня. Збільшення точності досягають завдяки отриманню великої кількості калібрувальних точок, за рахунок зміни концентрації СО2 у калібрувальному розчині дегазацією або сатурацією, а також завдяки використанню одного калібрувального розчину. Спрощення і надійність процедури калібрування досягають завдяки використанню кондуктометричного обладнання (одного із найточніших і найнадійніших у фізико-хімічних вимірюваннях), а також за рахунок використання одного калібрувального розчину, що спрощує процедуру калібрування завдяки зменшенню кількості маніпуляцій порівняно з приготуванням кількох розчинів. На фігурі показана залежність розрахованого значення рСО2 за формулами (7) і (8) (рСО(  )) від рСО2, поміряного експериментально рСО2-давачем (рСО2(е)). 1 UA 88011 U Концентрацію СО2 У розчині розраховують на підставі рівноважних співвідношень між концентраціями вільного діоксиду вуглецю та даними рН і рівняння локальної електронейтральності розчину у вигляді a CO 3  CO  2 3 aCO2 3  CO2  aOH  OH 3  a   (3) . 5 Це рівняння та вирази для констант рівноваги дисоціації вугільної кислоти першого (К1) і другого (К2) ступенів, разом з умовою рівноважної дисоціації води 1  10 a    a CO ;2  3 aCO2 a    a CO2 3 a CO ;  w  a    aO  (4) 3 дозволяють отримати вираз для активності СО2 (аСО2) в залежності від активності іонів + + водню Н (аН ) у припущенні, що NаНСО3 у водному розчині повністю дисоційований і + концентрація Na відома a w     O   a   , aCO2  1 2  1   2   CO  a    2  a 2  CO3 3 15  a, γ - активності і коефіцієнти активностей відповідних компонентів. Аналіз показує, що у діапазоні рН при якому відбувається калібрування у даних умовах (розчин вуглекислоти у деіонізованій воді) з похибкою, яка не перевищує 0,01 % можна записати a 2    CO aCO2   1     20 (5) 3 (6) . Враховуючи, що в даних умовах з похибкою, яка не перевищує 0.005 %, γH+  γHCO3 і з врахуванням (2) запишемо: a CO2    2 1  10 6   CO     3  2 , (7) ВеличинарСО2 розраховується за співвідношенням: 25 pCO2=-log(aCO2 (  )). 30 35 40 (8) Вирази (7) і (8) є формулами для калібрування рСО2-давача за даними електропровідності (  ). Калібрування виконують так. У термостатовану комірку наливають деіонізовану воду і поміщають давачі рСО2 та електропровідності. Насичують розчин вуглекислим газом, а після цього дегазують. При цьому одночасно реєструють величину електрорушійної сили (ε, мВ), рСО2-давача та значення електропровідності калібрувального розчину. За даними електропровідності (  ) розраховують активність СО2, (аCO2) та рСО2 за формулами (7) і (8) відповідно. Далі будують калібрувальний графік в координатах "ε, мВ - значення рСО2(  ), розраховані за (7) і (8)". Параметри калібрувальної прямої визначають графічно, або аналітично за методом лінійної регресії. Похибка калібрування для даних умов експерименту не перевищує ±1,5 %. Перевага даного способу полягає у використанні такої кількості калібрувальних точок, яка є достатньою для забезпечення необхідної точності визначення калібрувальних параметрів. Крім цього, спрощення і надійність процедури калібрування досягають завдяки використанню 2 UA 88011 U 5 10 кондуктометричного обладнання, одного із найточніших і найнадійніших у фізико-хімічних вимірюваннях, а також за рахунок використання одного калібрувального розчину, що збільшує точність і спрощує процедуру калібрування завдяки зменшенню кількості маніпуляцій порівняно з приготуванням кількох розчинів. 1. Мидгли Д., Торренс С. Потенциометрический анализ воды. Под ред. С.Г. Матарановского. М.: Мир, 1980. - 516 с. 2. Інструкція з експлуатаціїрСО2-давача фірми Radelkis (Угорщина). - 23 с. 3. Деклар. пат. на корисну модель 16786 Україна, G01N27/06. Спосіб калібрування потенціометричного давача у діапазоні рН 4  6. Кочмарський В.З., Гаєвський В.Р. Бюл. № 8, 2006. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 Спосіб калібрування потенціометричного рСО2-давача, який полягає у одночасному вимірюванні в комірці електропровідності калібрувального розчину і електрорушійної сили рСО2-давача, та побудові калібрувального графіка, який відрізняється тим, що за даними електропровідності розраховують активність СО2, (аСО2) та величину рСО2 за формулами: aCO2   20  2 К1  10 6   CO     3  2   , pCO 2   log aCO2  , будують калібрувальний графік в координатах " - рСО2(  )", де ε - електрорушійна сила рСО2-давача;  - електропровідність калібрувального розчину;  - питома електропровідність; К1 - константа дисоціації вугільної кислоти першого ступеня. 25 Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 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