Способ анализа состава газовой среды

 

СПОСОБ АНАЛИЗА СОСТАВА ГАЗОВОЙ СРЕДЬ С использованием элект трохимической ячейки, содержащей твердоэлектролнтньй элемент с нанесеннь ш на его противоположные поверхности измерительными электродами , заключающийся в том, что измеряют ЭДС и определяют концентрацию искомого компонента, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, перед измерениями определяют коэффициент, зависящий от материала твердоэлектролитного элемента и от состава газовой среды, после чего создают градиент температур между измерительными электродами , проводят измерение ЭДС и по данньп-1 измерений рассчитывают конценQ трацию искомого компонента. s

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3()) G 01 N 27/46

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (2 1) 3477505/18-25 (22) 30 ° 06.82 (46) 15.05.84. Бюл. № 18 (72) Г.И.Фадеев, М.В.Перфильев и А.Л.Липилин (71) Институт электрохимии Уральского научного центра АН СССР (53) 543.247(088.8) (562 1. Патент Франции № 2045054, кл. G 01 N 27/00, опублик. 1971.

2. Авторское свидетельство СССР № 868528, кл. С 01 Н 27/46, 1979 (прототип). (54)(57) СПОСОБ АНАЛИЗА СОСТАВА

ГАЗОВОЙ СРЕДЫ C использованием элек= трохимической ячейки, содержащей твердоэлектролитный элемент с нанесенными на его противоположные поверхности измерительными электродами, заключающийся в том, что измеряют ЭДС и определяют концентрацию искомого компонента, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения точности измерений, перед измерениями определяют коэффициент, зависящий от материала твердоэлектролитного элемента и от состава газовой среды, после чего создают градиент температур между измерительными электродами, проводят измерение ЗДС и по данным измерений рассчитывают концентрацию искомого компонента. (092404

Изобретение относится к коли . ствепному анали" ó состава сред к""-,ê в лабораторной практике, так и в промьппленности.

Известен способ анализа газовой среды с использованием ячейки с высо=котемпературным твердым электрол(ито.(( измерительным и эталонным газовым

1 электродами для опрецеления состава кислародсодержащих газов путем измерения ЭДС (f j .

Недостатками такого способа являются требование высокой степени гаэоплотности твердого электролита„ использований эталонного газовога электрода и необходимость высоксй точности абсолютной температуры и ее поддержания на электродах,. что снижает точность измерений. При использовании эталонных =-« àçoïûõ смеceA — инертный газ +О с малыми сов

2 держаниями кислорода возникает значи. т.=:: ьная погрешность, обусловленная электролитическим натеканием кислорода из газа с большим парциальным па«СЛ - -ИЕМ В Гаэ, ГпЕ ПаРЦИаЛЬНОЕ давление кислорода меньше.-.

Наиболее близким техническим решени †. к пведлагаемом« является cno=noá анализа "o-.:"àâà газовой среды с использа =,анием электрахимическай ячейк::, содержащей твердоэлектролит-. нь й, эле(!ент r нанесенными на гго IIpoтиБОп ало:-.,".Вые пав ерхнос I H и 3 мерит ел:i== ньп (и электролами,, заключающийся в тои,, что измер.", .ют ЭДС и определяют концентрацию искомого компонента(2(.

Недостаток этого способа заключается в том, что он обладает яевьк .окой точностью при измерении (=астава газовьп: сред — инертный газ + 0 с

2 содержанием кислорода более !О " "!, а. т-акже смесей CO+CO и Н и Н, С

2 2 2 большим содержанием СО или Н,0, 2

Цель изобретения — повьппение точно.";",.=, Изме-пений.

Поставленная цель достигается тем, ч."о согласно способу анапиза состава. газовой среды с испольэова(, нием электрахимическОЙ ячейки, садер жащей твердоэлектролитный элемент... с нанесенными на его противоположные поверхности измерител- ньяи электрод-.."ми, заключающемуся в том, чта измеряют ЭДС и определяют концентрацию искомого компонента, перед измерения= ми определяют коэффициент, зависяший от материала твердоэлектролитного элемента и от состава газовой среды, после чего создают градиент температур между измерительными электродами, проводят измерение ЭДС и по данным измерений рассчитывают концентрацию искомого коыг(ангита.

На чертеже изображена электрохимическая ячейка.

Она содержит твердоэлектролитный элемент l с нанесенными на его проти воположные поверхности измерительными электродами 2, вокруг электродов расположены нагревательные элементы

3. Для измерения градиента температуры служит термопара 4, измерение ЭДС производят вольтметром 5. по=об осущгствляе-.ся следующим образом.

В электрохимической ячейке определяют коэффициен - /II — постоянную ячейку,. которая равна Е/At в эталонной среде, где Š— ЭДС, измеренная в эталонной среде, h t — градиент температур, электрохимическую ячейку помещают в анализируемую газовую среду, нагревают до рабочей емпера.туры, за дают перепад -.åIInåðатур ("«t между электродами от 5 — до 300 С измеряto-(ЭДС, I I IIcJI(I(o величину

Q =- - — -- 0

К (1) («-,) где Я - коэффициент;

Š— ЭДС, измеренная в анализируемой газовой среде, заданный:-радиент температур, по которой вычисляют концентрацию искомого компонента.

Пример. Ячейку помещают в газовую среду, состав которой нужно oIIределить. Ячейку нагревают до рабочих температур элг:ктродов, ко-.îðûå соотавляют 750 и 900 С,, б t=)50 . Определяют постоянную ячейки Й, для чего над злектроцами пропускают кислород с расходом около 5 л/ч. Постоянная ячейки равная — 0,459 мБ. Затем пропускают через ячейку с расходом око«Io : л/ч одну из анализируемых смесей: НЕ+О, CO+CO, Н +Н, 0 известных составов, и замеряют ЭДС ячейки. По значениям ЭДС в соответствии с фор. я лой (() Вычисляют Беличие1у Q для каждой смеси. Учитывая, что общее давление смесей равняется атмосферному, состав газон рассчитывают по О ав H(5 Hpfpgg

В атмосфере Не(0, Р0, ехр(---) =ехр(4б „4 Я ) (2)

0 4l

1092404

В таблице представлены данныс измерений и расчетов.

Использование предлагаемого способа днализа состава газовой среды позволяет апализировать состав широкого диапазона сред с высокой точностью, поскольку практически исключаются условия для электролитического натекания кислорода, обусловленные напичием электронной проводимости электролита. Значительно снижаются требования к газоплотности твердого электролита, отпадает необходимость в создании и герметизации одного из газовых объемов ячейки, а также в непрерывной продувке стандартного газа с эталонным содержанием кислорода. мВ

0. град

Е (мВ) Полученный состав смесей

Заданный состав смесей

-0,094

-0,149

-82,9

-91,3

-99, 7

Не + 113% о, Не + 0,17 О, Не + 0,008/ О

6% СО + 947. СО, 21%СО+79%. СО, -0,205

16,0

6,7

47% СО + .3,. СΠ— 10i 3

-20,3

-4,5 — 16,5

-25,8

-34,6

-44,4

-54,8

ВНИИПИ Заказ 3247/28 Тираж 823 Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Ужгород, ул.Проектная, 4 в атмосфере СО+СО г

Г Я-О 481) 2F1

/ со =exp L R ) ехр (23 2

Q-11, 16) (3) 5 где F — число Фарадея, R — универсальная газовая постоянная, В атмосфере Н +Н О

2 2

Г(ц-О 226) 2ЕЪ

Р> О /P =exp! =ехр(23,2Q-5,24) (4) Уравнения описывают зависимость окислительно-восстановительного потенциала электродов от состава газов

15 и для всех практически важных газовых систем и сред надежно установлены.

Не + 170, Не + 0,170, Не+ 0 017 О.

57 СО + 957 СО, 20Х СО + 80X СО, 507 СО + 50 о СО, 807. СО + 207 СО, 957 СО + 5X СО

5% Н, + 957 Н О

207 Нг + 807а H О

507 Н, + 507 Н, О

80% Нг + 20% Нг О

95% Нг + 5X Н20

997 Нг + 17 Нг О

0,566

0,504

0,452

О, 391

0,324

0,430

0,350

0,288

0,299

0,164

О, 094

78% CO + 22% СО, 957. СО + 5X СО

47 Н + 967 Н О

207 Н, + 80X Н,О

527 H + 482 Н О

8!7 Н + 197 Н О

957 Н, + 57. Н О

997 Н, + 17 Н,О