9.4 Кулонометрические преобразователи
При электролизе связь между выделившемся веществом и количеством электричества, пропущенным через преобразователь, определяется уравнением:
г де М – масса вещества; n – валентность ионов; F – постоянная Фарадея; А – молекулярная масса вещества.
Кулонометрические преобразователи, как видно из уравнения, можно использовать в качестве интеграторов тока, а также в качестве измерителя машинного времени. Например, время интегрирования может достигать 5000 часов при токе 0,001-50мкА. Один из конструктивных вариантов преобразователя представлен на рисунке 9.10. При прохождении через преобразователь постоянного тока происходит электролиз, в результате которого на аноде ртуть растворяется (окисляется) Hg+4IHgI4--+2e, а на катоде восстанавливается HgI4+2e Hg+4I. В результате ртуть с анода переносится на катод, что приводит к перемещению капли электролита вдоль капилляра на длину l, пропорциональную интегралу от тока за время интегрирования.
Кулонометрические интеграторы типа Х-15 и Х-603 обеспечивают интегрирование токов от 10-8 до 10-2 А с погрешностью 0,5-1% и напряжений от 10-5 до 4·10-2В с погрешностью 1,5-2%. Рабочий диапазон температур от –30 до +80оС. Температурная погрешность при интегрировании токов составляет 0,01-0,05 К. Предел измерения по количеству равен 18Кл.
Преобразователи могут быть использованы для измерения толщины металлических покрытий, в качестве управляемого током резистора (мимистор) и др.
9.5 Полярографические преобразователи
Принцип действия преобразователя основан на использовании явления поляризации на одном из электродов электролитической ячейки при электролизе исследуемого вещества. Они используются для качественного и количественного анализа.
Ток, проходящий через ячейку с анализируемым веществом, определяется выражением:
I=[U-(ea-eк)]/R,
где R – сопротивление ячейки, ea и eк – потенциалы анода и катода, U – напряжение питания ячейки.
При определенных условиях (площадь анода значительно больше площади катода) можно считать, что eкU. Поляризующийся электрод (катод) должен обновляться для обеспечения стационарности процесса. Устройство преобразователя представлено на рисунке 9.11. В резервуаре со ртутью образуется через капилляр капающий ртутный электрод с периодом образования капли, равным 1-6 сек. Диаметр капилляра 0,1 мм, длина 150-200 мм.
При подаче возрастающего напряжения U на ячейку в начале образуется остаточный ток I0 (рисунок 9.12), обусловленный разрядом небольшого числа ионов всех видов. При достижении U значения потенциала разряда ионов, например, Pb++(-0,45 B) ток через преобразователь резко возрастает и достигает значение In1, определяемый концентрацией ионов Pb++ в растворе. При длительном росте U ток остается постоянным In1 до тех пор, пока не будет достигнут потенциал разряда ионов, например, Cd ++(-0,6 В). Ток снова резко возрастает до In2. Разность токов (In1-In2) соответствует концентрации в растворе ионов Cd ++ и т.д. Потенциалы различных элементов образуют полярографический спектр. Их значения приведены в специальных таблицах. В последнее время начинают применять электроды из твердых металлов: Pt, Au, Ag, Ni и др.