Устройство для определения содержания вещества методом кулонометрического титрования

Авторы патента:

Муралев Анатолий Борисович (RU)

Мишенев Владислав Борисович (RU)

Дунаев Владимир Сергеевич (RU)

Бочкарев Роман Евгеньевич (RU)

Тихомиров Валерий Васильевич (RU)

G01N27/28 - конструктивные элементы электролитических ячеек

Владельцы патента RU 2310834:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр Российской Федерации Научно-исследовательский институт атомных реакторов" (RU)

Изобретение относится к физико-химическому анализу, преимущественно к устройствам для автоматического объемного и кулонометрического титрования, и может быть использовано при оперативном контроле технологических процессов для повышения точности задания конечной точки титрования, а также возможности определения содержания анализируемого вещества. Сущность изобретения: устройство для определения содержания вещества методом кулонометрического титрования состоит из аналитической ячейки с электродом сравнения и с индикаторным электродом, усилителя индикаторного тока, источника напряжения поляризации, первого блока сравнения, задатчика напряжения поляризации, блока управления напряжением поляризации, второго блока сравнения, задатчика конечной точки титрования, блока управления, таймера, блока определения содержания вещества в растворе, блока регистрации и источника тока титрования и связей между ними. 1 ил.

Известно устройство для автоматического титрования (а.с. № 163003, кл. G01N 27/28), содержащее аналитическую ячейку с индикаторным коцентратомером, соединенную с задатчиком конечной точки титрования, нуль-индикатор, двухпозиционный исполнительный элемент, подключенный к задатчику паузы и к устройству генерирования титранта, соединенному с ячейкой. С целью предотвращения перетитрования устройство осуществляет титрование в начальной стадии непрерывно, а при приближении к конечной точке - порционно. Устройство прерывает непрерывное титрование, не достигнув значения потенциала конечной точки, на величину, равную значению предваряющего напряжения. После этого устройство подает в ячейку уменьшающиеся порции титранта, разделенные паузами. Причем длительность порций меняется пропорционально величине предваряющего напряжения, дискретно уменьшаемого к концу титрования.

Недостатком известного титрометра является то, что значение конечной точки титрования задается недостаточно точно, поскольку индикаторный ток очень мал. Из-за малого значения индикаторного тока велика погрешность определения конечной точки титрования.

Вторым недостатком является невозможность определения содержания анализируемого вещества из-за отсутствия блока измерения времени и блока определения содержания.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для автоматического титрования (а.с. № 966580, G01N 27/42), содержащее аналитическую ячейку с индикаторным концентратомером, соединенную с задатчиком конечной точки титрования, блок дискретного изменения зоны нечувствительности, первый и второй входы которого соединены с выходом задатчика конечной точки титрования и с индикаторным концентратомером, а выход с нуль-индикатором, выход которого подключен к первому входу амплитудно-временного преобразователя величины зоны нечувствительности в величину порции титранта, второй вход которого соединен с задатчиком паузы, а выход амплитудно-временного преобразователя величины зоны нечувствительности в величину порции титранта с третим входом блока дискретного изменения зоны нечувствительности, и с двухпозиционным исполнительным элементом, который соединен с задатчиком паузы и устройством генерирования титранта, соединенного с ячейкой.

Устройство позволяет завершить порционное титрование при любой минимальной зоне нечувствительности, что позволяет, в свою очередь, уменьшить погрешность достижения потенциала конечной точки и погрешности титрования.

Недостаток устройства заключается в недостаточно точном задании конечной точки титрования и в отсутствии возможности определения содержания анализируемого вещества.

Повышение точности задания конечной точки титрования, а также возможность определения содержания анализируемого вещества достигается тем, что устройство для определения содержания вещества методом кулонометрического титрования содержит аналитическую ячейку с электродом сравнения, индикаторный электрод которой соединен с первым входом усилителя индикаторного тока, а электрод сравнения - с первым выходом источника напряжения поляризации, второй выход которого соединен с первым входом первого блока сравнения, второй вход которого соединен с задатчиком напряжения поляризации, а выход - с блоком управления напряжением поляризации, выход которого соединен, в свою очередь, с источником напряжения поляризации, третий выход источника напряжения поляризации соединен со вторым входом усилителя индикаторного тока, соединенного с первым входом второго блока сравнения, второй вход которого соединен с задатчиком значения конечной точки титрования, а выход второго блока сравнения соединен с блоком управления, первый выход которого соединен с таймером, соединенным с первым входом блока определения содержания вещества, второй вход которого соединен со вторым выходом блока управления, выход соединен с блоком регистрации, а третий вход блока определения содержания вещества соединен с первым выходом источника тока титрования, вход которого соединен с третьим выходом блока управления, а второй выход источника тока титрования соединен с аналитической ячейкой.

Источник напряжения поляризации, подключенный к электроду сравнения, обеспечивает подачу потенциала, под воздействием которого между индикаторным электродом и электродом сравнения протекает индикаторный ток в процессе титрования вещества. Введение источника напряжения поляризации обеспечивает прохождение большего тока между индикаторными электродами и вследствие этого более точного задания конечной точки титрования.

Задатчик напряжения поляризации, первый блок сравнения и блок управления напряжением поляризации обеспечивают автоматическую установку заданного напряжения поляризации, что также увеличивает точность задания конечной точки титрования.

Блок определения содержания вещества с таймером, блоком управления, блоком регистрации и источником тока титрования обеспечивают определение содержания титруемого вещества в растворе, что расширяет функциональные возможности устройства.

На чертеже представлена блок-схема устройства для автоматического титрования.

Устройство состоит из аналитической ячейки 1 с электродом 2 сравнения и с индикаторным электродом 3, усилителя 4 индикаторного тока, источника 5 напряжения поляризации, первого блока 6 сравнения, задатчика 7 напряжения поляризации, блока 8 управления напряжением поляризации, второго блока 9 сравнения, задатчика 10 конечной точки титрования, блока 11 управления, таймера 12, блока 13 определения содержания вещества в растворе, блока 14 регистрации и источника 15 тока титрования.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии блок 11 управления запрещает титрование независимо от сигнала на первом входе второго блока 9 сравнения. Задатчик 7 напряжения поляризации задает напряжение поляризации, которое в первом блоке 6 сравнения сравнивается со значением напряжения с выхода источника 5 напряжения поляризации. Сигнал, пропорциональный разности значений двух сравниваемых напряжений, поступает с выхода первого блока 6 сравнения в блок 8 управления напряжением поляризации, с выхода которого на вход источника 5 напряжения поляризации подается сигнал, корректирующий значение напряжения с его выхода таким образом, чтобы оно стало равным напряжению с выхода задатчика 7 напряжения поляризации. Таким образом осуществляется автоматическая установка напряжения поляризации.

По команде "пуск" от блока 11 управления включаются источник 15 тока титрования и таймер 12. Напряжение с первого выхода источника 5 напряжения поляризации подается на электрод 2 сравнения. Под воздействием этого напряжения между индикаторными электродами протекает ток при протекании тока в генераторной цепи. Этот ток, значительно больше по сравнению с тем, который протекает при отсутствии источника напряжения поляризации, поэтому значение конечной точки титрования - значение тока, при котором завершается титрование, - устанавливается более точно, а следовательно уменьшается погрешность, связанная с недостаточно точной установкой конечной точки титрования.

Индикаторный ток с индикаторного электрода поступает на вход усилителя 4 индикаторного тока, с выхода которого усиленное значение поступает на первый вход второго блока 9 сравнения, в котором оно сравнивается со значением тока, задаваемым задатчиком 10 значения конечной точки титрования.

При достижении индикаторным током значения, равного току, соответствующему конечной точке титрования, с выхода второго блока 9 сравнения в блок 11 управления поступает сигнал, по которому блок 11 управления выключает источник тока титрования, останавливает таймер и затем выдает команду "пуск" блоку 13 определения содержания вещества, по которой в блоке 13 осуществляется вычисление содержания S вещества по формуле:

где I - ток титрования, мА; t - время титрования, сек; Q - количество электричества, Кл; k - коэффициент пересчета количества электричества в содержание вещества, г.

Значение с выхода блока 13 определения содержания вещества поступает в блок 14 регистрации.

Блок 11 управления, блок 13 определения содержания вещества, таймер и блок регистрации обеспечивают определение содержания вещества в титруемом растворе и расширяют функциональные возможности устройства.

Таким образом, в устройстве обеспечивается большая по сравнению с прототипом точность установки конечной точки титрования и, значит, уменьшение погрешности титрования и обеспечивается также расширение функциональных возможностей.

Устройство для определения содержания вещества методом кулонометрического титрования, содержащее аналитическую ячейку с электродом сравнения, индикаторный электрод которой соединен с первым входом усилителя индикаторного тока, а электрод сравнения - с первым выходом источника напряжения поляризации, второй выход которого соединен с первым входом первого блока сравнения, второй вход которого соединен с задатчиком напряжения поляризации, а выход - с блоком управления напряжением поляризации, выход которого соединен, в свою очередь, с источником напряжения поляризации, третий выход источника напряжения поляризации соединен со вторым входом усилителя индикаторного тока, соединенного с первым входом второго блока сравнения, второй вход которого соединен с задатчиком значения конечной точки титрования, а выход второго блока сравнения соединен с блоком управления, первый выход которого соединен с таймером, соединенным с первым входом блока определения содержания вещества, второй вход которого соединен со вторым выходом блока управления, выход соединен с блоком регистрации, а третий вход блока определения содержания вещества соединен с первым выходом источника тока титрования, вход которого соединен с третьим выходом блока управления, а второй выход источника тока титрования соединен с аналитической ячейкой.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для изготовления электронных запоминающих устройств. .

Способ изготовления субстрата и субстрат, способ определения концентрации анализируемого вещества и устройство и комплект для его осуществления // 2292245

Изобретение относится к сушке химических композиций в виде раствора на субстрате. .

Камера для микроэлектрофореза (варианты) // 2271734

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано в ветеринарии, экспериментальной биологии. .

Электрохимический элемент // 2243545

Изобретение относится к области аналитической химии и может быть использовано для определения концентрации анализируемого вещества в носителе. .

Устройство для автоматического титрования // 2238550

Изобретение относится к приборам физико-химического анализа, преимущественно для объемного и кулонометрического титрования. .

Скважинный потенциометрический датчик // 2232891

Изобретение относится к химическому датчику для использования в скважинном анализе текучих сред. .

Средство подсоединения датчика // 2213345

Изобретение относится к размещаемым электрохимическим датчикам такого типа, которые используют для количественного анализа, например уровней глюкозы в крови, измерения рН и т.п.

Газочувствительная ячейка для определения аммоний-иона // 2168720

Изобретение относится к аналитической химии, в частности к ионометрическим методам анализа, и предназначено для определения летучих компонентов в газовой фазе. .

Электрохимический датчик // 2166752

Изобретение относится к области электрохимических измерений, в частности к электрохимическому анализу состава раствора. .

Способ твердофазного разделения и определения ионов и электрохимическая ячейка для его осуществления // 2150107

Камера для электрофореза клеток // 2314521

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для биологических исследований суспензий клеток и образцов биоптатов

Электрохимический датчик для количественного анализа и электрохимическая измерительная система для количественного анализа // 2320986

Изобретение относится к одноразовым электрохимическим датчикам такого типа, которые используют для количественного анализа, например, уровней глюкозы в крови, измерения рН и т.п

Ячейка для измерения электрохимических свойств сыпучих и пластичных влагонасыщенных сред // 2326374

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для изучения поляризации металлических электродов при коррозионных исследованиях

Датчик анализа образца текучей среды (варианты), способ отбора образца текучей среды и расположения образца текучей среды в датчике тестирования и способ анализа образца текучей среды // 2371722

Потенциометрический сенсор для определения лизина в водном растворе // 2376591

Изобретение относится к области потенциометрических методов анализа

Кулонометрическая электролитическая ячейка // 2488107

Изобретение относится к области аналитического приборостроения и может быть использовано в кулонометрических гигрометрах для измерения массовой концентрации или объемной доли влаги в водороде, водородосодержащих газах и кислороде

Способ детекции специфических последовательностей нуклеиновых кислот (варианты) и устройство для его осуществления // 2509157

Группа изобретений относится к области молекулярной биологии и электрохимии. По первому варианту способ осуществляют путем регистрации циклических вольтамперограмм рабочего электрода, модифицированного углеродными нанотрубками с нековалентно иммобилизованным на их поверхности олигонуклеотидным зондом, до и после внесения в исследуемый раствор образца нуклеиновой кислоты и по изменению емкостной характеристики делают вывод о наличии или отсутствии в образце участка, комплементарного олигонуклеотидному зонду. Второй вариант способа отличается тем, что нековалентную иммобилизацию олигонуклеотидного зонда на поверхность нанотрубок осуществляют посредством якорной группы, предварительно введенной в зонд. В этом варианте регистрируют не только изменение площади вольтамперограмм от цикла к циклу, но и появление специфического пика на циклической вольтамперограмме, связанного с фиксацией детектируемой НК в комплексе с модифицированным зондом. Интенсивность пика на циклической вольтамперограмме пропорциональна концентрации определяемой НК, что позволяет проводить количественную оценку. Устройство для реализации способа детекции специфических последовательностей нуклеиновых кислот представляет собой электрохимический, анализатор, который состоит из трехэлектродной электрохимической ячейки, электроды которой соединены с регистрирующим устройством, а рабочий электрод выполнен из кремниевой подложки, модифицированной вертикально ориентированными углеродными нанотрубками с иммобилизированным олигонуклеотидным зондом, комплементарным определяемой НК. 3 н. и 5 з.п. ф-лы, 5 ил., 4 пр.

Электрохимический газоанализатор // 2548125

Изобретения относятся к технике измерения содержания растворенного газа в жидких и газовых средах, предназначены в основном для применения в океанографической аппаратуре и могут быть использованы в горной, химической промышленности, в разных технологических и экологических системах измерения и контроля содержания растворенного газа в исследуемой среде. Технический результат - упрощение обеспечения основных метрологических характеристик устройства - чувствительности и показателя инерции. Дополнительный технический результат - надежное обеспечение герметизации электролитической камеры и экономия материала мембраны Сущность: электрохимический газоанализатор по первому варианту (фиг. 1) содержит электролитическую камеру 1 с капилляром 2, выходящим на прикатодную поверхность газоанализатора. Камера и капилляр заполнены электролитом. Устройство содержит анод 3, непосредственно контактирующий с электролитом камеры, и катод 4, который установлен на поверхности газоанализатора в зоне выхода капилляра. От внешней среды катод и капилляр отделяет селективно-проницаемая мембрана 5 в форме круга, которая притянута к катоду и капилляру и зафиксирована на прикатодной поверхности газоанализатора. Мембрана притянута и зафиксирована крышкой 6 в виде перевернутого стакана с осевым отверстием в дне, которая соединена с накидной гайкой 7. Мембрана притянута посредством своей краевой части, которая зажата между дном крышки и уплотнительным кольцом 8, которое расположено в полости крышки и имеет заданные модуль упругости и толщину. Фиксирование мембраны обеспечивается крышкой по замкнутой линии ребром в форме неострого угла. Проводники 9, 10 предназначены для съема выходного сигнала с анода 3 и катода 4. Проводники подключены к регистратору 11 выходного сигнала газоанализатора. Второй вариант изобретения (фиг. 2) отличается от первого тем, что функции притягивания мембраны и ее фиксации выполняют разные элементы. Как и по - первому варианту, электрохимический газоанализатор содержит электролитическую камеру 1 с капилляром 2, анод 3, катод 4, селективно-проницаемую мембрану 5 и крышку 6, фиксирующую мембрану на прикатодной поверхности газоанализатора по замкнутой линии ребром. При этом в месте взаимодействия с мембраной крышка имеет низкий коэффициент трения. Устройство содержит накидную гайку 7. В полости крышки б размещен притягивающий элемент 8 в виде перевернутого стакана с осевым отверстием в дне. Крышка 6 и притягивающий элемент 8 соединены подвижно. Накидная гайка 7 соединена с притягивающим элементом 8. В полости элемента 8 расположено уплотнительное кольцо 9 с заданными модулем упругости и высотой. Мембрана 5 притянута к катоду и капилляру элементом 8 посредством гайки 7 за счет того, что краевая часть мембраны зажата между дном притягивающего элемента и уплотнительным кольцом 9. Проводники 10, 11 снимают выходной сигнал с анодной системы и катода и подключены к регистратору 12 выходного сигнала газоанализатора. В третьем варианте изобретения (фиг. 3) функции притягивания мембраны и е£ фиксации также выполняют разные элементы. Отличия этого устройства от двух предыдущих заключаются в следующем: газоанализатор содержит электролитическую камеру 1 с капилляром 2, анод 3, катод 4, селективно-проницаемую мембрану 5 и крышку 6, фиксирующую мембрану на прикатодной поверхности газоанализатора по замкнутой линии. Устройство содержит накидную гайку 7, которая размещена в полости крышки 6 и соединена с ней подвижно. В полости накидной гайки 7 размещены притягивающий элемент 8 в виде шайбы, которая установлена на дне накидной гайки, и уплотнительное кольцо 9 с заданными модулем упругости и высотой. При этом элемент 8 в месте взаимодействия с гайкой 7 имеет низкий коэффициент трения. Мембрана притянута элементом 8, при этом краевая часть мембраны зажата между элементом 8 и уплотнительным кольцом 9. Проводники 10, 11 снимают выходной сигнал с анодной системы и катода и подключены к регистратору 12 выходного сигнала газоанализатора. 3 н. и 2 з. п. ф-лы, 3 ил.

Барокомпенсированный электрохимический измерительный газоанализатор (варианты) // 2551881

Изобретение относится к технике измерения содержания растворенного газа в жидких и газовых средах, предназначено в основном для применения в океанографической аппаратуре и может быть использовано в горной, химической промышленности, в разных технологических и экологических системах измерения и контроля содержания растворенного газа в исследуемой среде. Технический результат - обеспечение основных метрологических характеристик устройства - чувствительность и долговременная стабильность. Дополнительный технический результат - экономия материала мембраны. Сущность: согласно первому варианту исполнения (фиг. 1) барокомпенсированный электрохимический измерительный газоанализатор содержит корпус (1), герметичную камеру (12), которая имеет капилляр (13) и заполнена электролитом, катод (16) и анод (17), или анодную систему, контактирующие с электролитом и подключенные к регистратору (18) в виде преобразователя катодного тока в выходной сигнал. Катод (16) расположен на выходе капилляра (13) во внешнюю среду. Катод (16) и капилляр (13) отделены от внешней среды селективно-проницаемой мембраной (6) в форме круга. Мембрана (6) притянута к прикатодной поверхности газоанализатора и зафиксирована на ней по замкнутой линии крышкой (7), соединенной с накидной гайкой (10). Газоанализатор содержит барокомпенсатор (11) в виде эластичного элемента, отделяющего электролит в камере (12) от внешней среды. При этом капилляр (13) выполнен в проходном элементе (3). Один конец проходного элемента (3) с уплотнением (2) жестко или с возможностью перемещения установлен в корпусе (1). Другой конец проходного элемента (3) с уплотнением (4) пропущен через отверстие втулки (5). Втулка (5) по резьбе установлена в крышке (7), установленной с уплотнением (9) в накидной гайке (10). Накидная гайка (10) по резьбе установлена на проходном элементе (3). Краевая часть мембраны (6) зажата между заплечиком крышки (7) и торцевой поверхностью втулки (5). Анод (17) или анодная система расположены в капилляре (13) или в камере (12). Камерой (12) является пространство, образованное проходным элементом (3) и корпусом (1). Это пространство отделено от внешней среды барокомпенсатором (11) в виде эластичной стенки, например резинового чулка, закрепленного на корпусе (1) и проходном элементе (3). Пространство, образованное проходным элементом (3), втулкой (5), крышкой (7) и накидной гайкой (10), заполнено электроизолирующей жидкостью (15), например маслом. Это пространство по резьбе накидная гайка (10) - проходной элемент (3) сообщается с пространством, которое образовано барокомпенсатором (11), корпусом (1) и накидной гайкой (10), заполнено электроизолирующей жидкостью (15) и отделено от внешней среды дополнительным барокомпенсатором (14) в виде эластичной стенки, например, резинового чулка, закрепленного на корпусе (1) и накидной гайке (10). Второй вариант изобретения (фиг. 2) отличается от первого тем, что проходной элемент (3) с уплотнением (2) и с возможностью перемещения установлен в корпусе (1) и с уплотнением (4) пропущен через отверстие втулки (5). Втулка (5) имеет радиальные отверстия. Втулка (5) одним концом с уплотнением (6) установлена с возможностью перемещения на корпусе (1), а другим концом по резьбе установлена в крышке (8). Крышка (8) установлена с уплотнением (10) в накидной гайке (11), которая по резьбе установлена на корпусе (1). Краевая часть мембраны (7) зажата между заплечиком крышки (8) и торцевой поверхностью втулки (5). Анод (18) или анодная система расположены в капилляре (14) или в камере (13). Камерой (13) является пространство, образованное проходным элементом (3), втулкой (5) с ее радиальными отверстиями и корпусом (1). Камера (13) отделена от внешней среды барокомпенсатором (12) в виде эластичной стенки, герметизирующей радиальные отверстия втулки (5), например в виде резинового чулка, закрепленного на втулке (5). Накидная гайка (11) имеет радиальные отверстия, расположенные вблизи радиальных отверстий втулки (5). Пространство, образованное барокомпенсатором (12), втулкой (5), крышкой (8), накидной гайкой (11) с ее радиальными отверстиями и корпусом (1), заполнено электроизолирующей жидкостью (16), например маслом. Это пространство отделено от внешней среды дополнительным барокомпенсатором (15) в виде эластичной стенки, герметизирующей радиальные отверстия накидной гайки (11) и резьбовое соединение корпус (1) - накидная гайка (11), например, в виде резинового чулка, закрепленного на корпусе (1) и накидной гайке (11).

Портативный анализатор для исследования пробы (варианты) // 2554816

Группа изобретений относится к медицине. Представлен портативный анализатор для исследования пробы биологической жидкости, содержащий корпус с магазином, имеющим отделения для размещения используемых для анализа диагностических полосок или тест-полосок, имеющих зону для биологической жидкости, анализирующее устройство с щелевидным приемником для используемой диагностической полоски или тест-полоски, оснащенной с одного конца электрическими контактами, и индикаторное устройство для отображения не менее одного результата анализа, причем корпус со стороны задней части выполнен с понижением, образующим плоскую поверхность, на которой вдоль корпуса или поперечно ему выполнены выступы, разделяющие плоскую поверхность понижения на отделения для размещения диагностических полосок или тест-полосок и образующие магазин, расположенных параллельно не менее чем в один ряд, при этом отделения закрыты снимаемой или открываемой крышкой, являющейся частью корпуса. Также описаны 2 других варианта портативного анализатора. Достигается расширение эксплуатационных качеств и повышение эффективности. 3 н. и 22 з.п. ф-лы, 12 ил.