close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент РФ 2337352

код для вставки
РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
RU
(19)
(11)
2 337 352
(13)
C2
(51) МПК
G01N 27/48
(2006.01)
ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА
ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ,
ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ
(12)
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ
(21), (22) За вка: 2006140707/28, 13.11.2006
(72) Автор(ы):
Ермаков Сергей Сергеевич (RU)
(24) Дата начала отсчета срока действи патента:
13.11.2006
(73) Патентообладатель(и):
Ермаков Сергей Сергеевич (RU)
(43) Дата публикации за вки: 20.05.2008
R U
(45) Опубликовано: 27.10.2008 Бюл. № 30
Адрес дл переписки:
198328, Санкт-Петербург, ул. Рихарда Зорге,
12, кв.112, С.С. Ермакову
2 3 3 7 3 5 2
R U
(57) Реферат:
Изобретение относитс к способам анализа
многокомпонентных
растворов
в
широком
диапазоне концентраций и может использоватьс в
промышленности при анализе технологических
растворов и сточных вод, при экологическом
мониторинге водных сред, анализе пищевых
продуктов
и
биологических
материалов.
Предложенный способ включает определение
кулонометрической константы электрохимической
чейки дл каждого из определ емых компонентов,
которые концентрируют на рабочем электроде при
посто нном значении потенциала электрода с
последующим однократным растворением осадка в
потенциодинамическом
режиме,
определение
количества электричества Qti, затраченного на
растворение
каждого
(i-того)
осажденного
компонента, интегрированием тока растворени по
времени и определение количества электричества
Q?i , необходимого дл полного выделени каждого
из определ емых компонентов с использованием
установленных
величин
кулонометрических
констант, после чего по значени м Q ?i, использу закон Фараде , определ ют количество каждого
вещества в чейке и его концентрацию в пробе.
Изобретение обеспечивает сокращение времени
анализа, повышение точности и чувствительности
определени концентрации элементов в растворе в
автоматическом режиме. 1 табл., 4 ил.
Страница: 1
RU
C 2
C 2
(54) СПОСОБ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА
2 3 3 7 3 5 2
(56) Список документов, цитированных в отчете о
поиске: RU 2199734 C2, 27.02.2003. RU 2101697
C1, 10.01.1998. US 5891322 A, 06.04.1999.
RUSSIAN FEDERATION
(19)
RU
(11)
2 337 352
(13)
C2
(51) Int. Cl.
G01N 27/48
(2006.01)
FEDERAL SERVICE
FOR INTELLECTUAL PROPERTY,
PATENTS AND TRADEMARKS
(12)
ABSTRACT OF INVENTION
(21), (22) Application: 2006140707/28, 13.11.2006
(72) Inventor(s):
Ermakov Sergej Sergeevich (RU)
(24) Effective date for property rights: 13.11.2006
(73) Proprietor(s):
Ermakov Sergej Sergeevich (RU)
(43) Application published: 20.05.2008
R U
(45) Date of publication: 27.10.2008 Bull. 30
Mail address:
198328, Sankt-Peterburg, ul. Rikharda Zorge,
12, kv.112, S.S. Ermakovu
C 2
2 3 3 7 3 5 2
R U
coulometric constants, after that by values of Q ?i,
using Faraday law, amount of each substance in
cell is determined and its concentration in sample.
EFFECT: reduction of analysis time, increase
of
accuracy
and
sensitivity
of
element
concentration
determination
in
solution
in
automatic mode.
1 tbl, 3 dwg
Страница: 2
EN
C 2
(57) Abstract:
FIELD: electricity.
SUBSTANCE: invention is related to methods of
analysis of multi-component solutions in wide
range of concentrations and may be used in
industry at analysis of technological solutions
and waste waters, in ecological monitoring of
water mediums, analysis of food products and
biological materials. Suggested method includes
determination
of
coulometric
constant
of
electrochemical
cell
for
every
of
defined
components, which are concentrated on working
electrode
at
constant
value
of
electrode
potential with further single-phase dissolution
of deposit in potentiodynamic mode, determination
of amount of electricity Qti spent for dissolution of
every (i) deposited component, integration of
dissolution current in time and determination of
amount of electricity Q?i , which is necessary for
full separation of every determined component
with
application
of
established
values
of
2 3 3 7 3 5 2
(54) METHOD OF ELECTROCHEMICAL ANALYSIS
RU 2 337 352 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
За вл емое изобретение относитс к измерительной технике, а именно к
электрохимическому анализу, и может быть использовано в различных отрасл х науки и
техники, промышленности при создании электроаналитических приборов дл анализа
любых образцов после переведени их в растворенное состо ние, а также дл электрохимических исследований многокомпонентных растворов в широком диапазоне
концентраций.
Известны различные способы электрохимического анализа, например вольтамперометрические, кулонометрические.
Известны способы электрохимического анализа, среди которых методы, включающие
стадию электролиза, а именно - кулонометри при контролируемом потенциале (ККП). ККП
не требует градуировки прибора, т.е. построени градуировочных кривых или применени метода добавок.
ККП основана на проведении измерений в услови х изменени концентрации аналита во
времени, т.к. при электролизе раствора происходит превращение определ емого вещества
под действием электрического тока. Поэтому в кулонометрии используют электроды
большой площади, а объем анализируемого вещества минимизируют.
Существует способ, относ щийс к посто нной инверсионной потенциометрии, в
котором реализован процесс кулонометрического измерени параметров
электрохимической чейки. Упом нутый способ защищен патентом США №5891322, G01N
27/26, приоритет 22.10.1996 г., публикаци 06.04.1999 г.
Известный по патенту США №5891322 способ включает потенциометрическое
концентрирование ионов металла на поверхности электрода при потенциале,
превышающем потенциал пол ризации металла, последующее электрохимическое
растворение осадка с поверхности электрода в гальваностатическом режиме, повторение
по крайней мере дважды цикла осаждени и электрохимического растворени . При этом
производитс измерение продолжительности каждого цикла электрохимического
растворени и протекающего тока. Далее по измеренным токам и временным интервалам
вычисл ют фарадеевский зар д ионов и концентрацию металла в пробе.
Способ позвол ет проводить безэталонные измерени за счет проведени циклов
многократного электрохимического растворени и осаждени . Однако этот способ не
обеспечивает точного определени "химического тока". При измерении необходимо
проводить дифференцирование хронопотенциометрических кривых и далее поиск границ
пиков, что существенно усложн ет алгоритм измерени и затрудн ет автоматизацию
процесса измерени .
Наиболее близким по технической сущности к за вл емому способу вл етс способ,
защищенный патентом России №2199734, приоритет 04.12.2003, опубликован 27.02.2003.
Известный способ электрохимического анализа включает потенциостатическое
концентрирование (осаждение) определ емых компонентов на поверхности рабочего
электрода, последующее растворение осадка в гальваностатическом режиме со значением
потенциала на электроде (U1), соответствующим началу растворени определ емого
компонента, до значени потенциала (U2), соответствующего окончанию растворени ,
второе осаждение до значени потенциала на электроде U1 и растворение в
гальваностатическом режиме до значени U2, повторение циклов осаждение-растворение,
контроль электрических и временных параметров в циклах и оценку по ним концентрации
определ емого компонента в пробе, при этом второе и последующие осаждени провод т
в гальваностатическом режиме и контролируют величину тока и временных интервалов
осаждени и растворени , циклы осаждение-растворение повтор ют до прекращени изменени временных интервалов осаждени или растворени , а оценку концентрации
определ емого компонента в пробе осуществл ют на основе данных о величине тока и
временных интервалов осаждени и растворени в различных циклах, дл других
определ емых компонентов операции повтор ют при соответствующих значени х U1 и U2.
Далее рассчитывают количество электричества, количество вещества в растворе и его
концентрацию.
Страница: 3
DE
RU 2 337 352 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Известный по патенту РФ №2199734 способ электрохимического анализа требует
проведени по меньшей мере двух циклов измерений дл каждого определ емого
элемента, что увеличивает врем анализа при работе с многокомпонентными растворами.
За вл емое изобретение решает задачу сокращени времени анализа и повышени точности и чувствительности электрохимического анализа растворов сложного химического
состава в широком диапазоне концентраций элементов в растворе в автоматическом
режиме.
Поставленна задача решаетс за счет того, что в способе электрохимического
анализа, включающем потенциостатическое концентрирование (осаждение) определ емых
компонентов на поверхности рабочего электрода, последующее растворение осадка в
гальваностатическом режиме со значением потенциала на электроде (U1),
соответствующим началу растворени определ емого компонента, до значени потенциала (U2), соответствующего окончанию растворени , согласно изобретению
устанавливают кулонометрическую константу электрохимической чейки (пробы) дл каждого из определ емых компонентов, которые концентрируют на рабочем электроде при
посто нном значении потенциала электрода с последующим однократным растворением
осадка в потенциодинамическом режиме, определ ют количество электричества Qti,
затраченное на растворение каждого (i-того) осажденного компонента интегрированием
тока растворени по времени и определ ют количество электричества Q?i, необходимое
дл полного выделени каждого из определ емых компонентов с использованием
установленных величин кулонометрических констант, после чего по значени м Q?i,
использу закон Фараде , определ ют количество каждого вещества в чейке и его
концентрацию в пробе.
Наличие отличительных от прототипа признаков позвол ет сделать вывод о
соответствии за вл емого способа критерию "новизна".
Предложенный способ электрохимического анализа позвол ет за один цикл измерений
определить количество и концентрацию нескольких веществ, содержащихс в чейке
(пробе), за счет того, что устанавливают кулонометрическую константу дл каждого из
содержащихс в чейке (пробе) веществ.
Возможность очень точного определени кулонометрических констант по вл етс за
счет осуществлени большого количества измерений и тем самым достигаетс больша точность. Кроме того, установленные один раз значени констант могут использоватьс при дальнейших измерени х все врем жизни данной чейки (пробы).
Использование инверсионно-вольтамперометрического принципа измерений в
сочетании с кулонометриметрическим принципом обработки сигнала обеспечивает
высокую точность и чувствительность способа. Кроме того, сохран етс возможность
обходитьс без концентрационной градуировки измерительных приборов и применени метода добавок.
Предлагаемый способ электрохимического анализа может быть реализован на любом
вольтамперометрическом анализаторе, имеющем возможность работы в режиме
инверсионной вольтамерометрии.
Реализаци предлагаемого способа проиллюстрирована следующими чертежами.
На фиг.1 - измерительна чейка, где
1 - стеклоуглеродный тигель,
2 - цилиндр из полиэтилентерефталата,
3 - шайба из стеклоуглерода.
На фиг.2 - конструкци электрода, где
4 - хлорированна серебр на проволока,
5 - термоусадочна трубка,
6 - смесь хлоридов серебра и кали ,
7 - фритта.
На фиг.3 - зависимость логарифма нормированной концентрации от времени
электролиза.
Страница: 4
RU 2 337 352 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Фиг.4 - таблица, в которой проведены результаты определени ионов кадми , свинца и
меди при их совместном присутствии.
Отработка способа проводилась на пол рографе ПУ-1 с датчиком АКВ-07.
Измерительна чейка (фиг.1) - стеклоуглеродистый тигель 1 - одновременно вл етс вспомогательным электродом. Дл уменьшени объема анализируемого раствора эта
чейка сконтруирована следующим образом. По центру тигл 1 расположен цилиндр 2 из
полиэтилентерефталата, вклеенный с помощью герметика. Дальнейшее регулирование
рабочего объема проводилось с помощью шайб 3 из стеклоуглерода или графита.
Хлоридсеребр ный электрод сравнени (фиг.2) изготовлен из хлорированной серебр ной
проволоки (4), хлорида кали и хлорида серебра (6), помещенных в термоусадочную
трубку (5), нижний конец которой охватывает пористую керамическую фритту (7). В
качестве рабочего электрода использован вращающийс дисковый электрод из
стеклоуглерода с площадью 0,071 см 2.
Кулонометрические константы ki находили следующим образом. В растворе фонового
электролита состава, содержащего 5?10 -8 М ионов меди, кадми и свинца, проводили
электролиз при потенциале более отрицательном, чем потенциал самого
электроотрицательного иона (в данном конкретном случае - 0,9 В относительно
хлоридсеребр ного электрода сравнени ). Затем осуществл ли растворение полученного
на электроде концентрата в фоновый раствор, не содержащий ионы этих металлов, при
потенциале более положительном, чем потенциал растворени самого
электроположительного иона (в данном конкретном случае - 0,9 В относительно
хлоридсеребр ного электрода сравнени ). После этого проводили электролиз раствора,
содержащего ионы исследуемых металлов, и растворение осадка в раствор фонового
электролита, не содержащего ионов Cd, Pb и Cu, при тех же услови х. Последовательный
электролиз приводил к изменению концентрации ионов металлов в растворе. По
изменению высоты (или площади) пика растворени каждого металла находили изменение
его концентрации в растворе.
Определение концентраций компонентов в пробе проводилось следующим образом.
Выполн етс электролитическое осаждение компонентов при времени электрода t в тех же
услови х, что и при нахождении константы, потенциодинамическое растворение всех
компонентов с поверхности электрода, нахождение количества электричества Qti,
затраченного на растворение каждого компонента, интегрированием величины тока
растворени по времени растворени и расчет Q?i по формуле Q?i=Qti/(1-e-kt). Далее по
закону Фараде :
где Q - количество электричества, необходимое дл выделени на электроде q граммов
вещества с мол рной массой эквивалента, равной М/n (М - мол рна масса вещества, n число электронов, участвующих в реакции), F - число Фараде - количество
электричества, необходимое дл выделени 1 моль любого вещества (F=96500 Кл),
рассчитываетс количество каждого компонента в растворе и его концентраци .
Дл расчета величин кулонометрических констант каждого иона из полученных данных
рассчитывалась остаточна концентраци вещества после каждого электролиза в растворе
по формуле:
и далее строитс график зависимости lgC/C°, t, который приводит к получению
пр молинейной зависимости, отвечающей уравнению IgC/C°=-kt. На фиг.3 приведены эти
зависимости дл меди, кадми и свинца. Из зависимостей, приведенных на фиг.3, были
найдены величины кулонометрических величин дл кадми kCd=5,8*10 -3 1/с, дл меди kCu=5,4*10 -3 1/с и дл свинца kPb=5,5*10-3 1/с. Близкие значени констант,
найденные дл различных ионов, свидетельствуют о хорошей воспроизводимости
Страница: 5
RU 2 337 352 C2
5
измерений, так как при одинаковых услови х эксперимента (объеме раствора, площади
электрода и услови х перемешивани ) величины констант будут различатьс соответственно коэффициентам диффузии.
Итак, мы видим, что использу предложенный способ электрохимического анализа, за
один цикл измерений можно определить количество и концентрацию нескольких веществ,
содержащихс в чейке, и тем самым решить поставленную задачу - сокращение времени
анализа и повышение точности и чувствительности электрохимического анализа растворов
сложного химического состава в широком диапазоне концентраций элементов в растворе в
автоматическом режиме.
10
15
20
25
Формула изобретени Способ электрохимического анализа, включающий потенциостатическое
концентрирование (осаждение) определ емых компонентов на поверхности рабочего
электрода, последующее растворение осадка при значении потенциала на электроде (U1),
соответствующем началу растворени определ емого компонента, до значени потенциала (U2), соответствующего окончанию растворени , контроль электрических и
временных параметров дл оценки концентрации определ емого компонента, которую
рассчитывают по закону Фараде , отличающийс тем, что устанавливают
кулонометрическую константу электрохимической чейки дл каждого из определ емых
компонентов, которые концентрируют на рабочем электроде при посто нном значении
потенциала электрода с последующим однократным растворением осадка в
потенциодинамическом режиме, определ ют количество электричества Qti, затраченного
на растворение каждого (i-го) осажденного компонента интегрированием тока растворени по времени и определ ют количество электричества Q?i, необходимое дл полного
выделени каждого из определ емых компонентов с использованием установленных
величин кулонометрических констант, после чего по значени м Q?i, использу закон
Фараде , определ ют количество каждого вещества в чейке и его концентрацию в пробе.
30
35
40
45
50
Страница: 6
CL
RU 2 337 352 C2
Страница: 7
DR
RU 2 337 352 C2
Страница: 8
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
181 Кб
Теги
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа