CS257455B1 - Vysokoefektívna coulometrická nádobka s homogónnou distribúciou potenciálu na pracovnej elektróde - Google Patents

Abstract

Riešenie sa týká vysokoefektívnej coulometrickej nádobky s homogénnou distribúciou potenciálu na pracovnej elektróde, ktorá pozostáva z hlavice jadra, plášťa a spodnej časti. Podstatou riešenia je, že hlavica a jádro sú opatřené vertikálně vytvořeným kanálikom, ktorý ústí do priestoru pracoVnej elektródy a je uzatvorený grafitom, otvorom pre pridávanie vzorky, ktorý je spojený s priestorom pracovnej elektródy, otvormi pre přívod inertného plynu do priestoru pomocnej elektródy a otvorom pre přívod inertného plynu nad elektrolyzovaný roztok, pričom priestor pracovnej elektródy a priestor pomocnej elektródy sú spojené symetricky rozmiestnenými horizontálnymi otvormi vytvořenými po obvode steny jadra, ktoré sú vyplněné fritou zo sintrovaného skla, ku ktorým je súoso umiestnená pomocná elektroda a v priestore je uložená pracovná elektroda, v ktorej je umiestnené sklenné miešadlo, jeho priemer je o 0,5 až 5 mm menší ako je priemer pracovnej elektródy. Vysokoefektívnu coulometrickú nádobku je možné využit' na rýchle a selektívne potenciostatické stanovenie elektroaktívnej zložky a na štúdium mechanizmu, kinetiky a rovnováh chemických reakcií spriahnutých s procesom elektrolýzy.

Description

Vynález sa týká vysokoefektívnej coulometrickej nádobky s homogénnou distribúciou potenciálu na pracovnej elektróde.

Hlavnou požiadavkou maximálnej selektivity stanovenia analyzovanej látky coulometriou s kontrolovaným potenčiálom je zabezpečit ekvipotencialitu povrchu pracovnej elektrody, čo závisí od volby optimálnej geometrie coulometrickej nádobky. 7, tohto hladiska dosial najlepšou je celosklenená nádobka s plastikovou hlavou, ktorú opísal J. Hanzlík (Chem. listy, 66, 313 (1972)), vybavená dvoma priestormi pomocnej elektrody.

Na pracovnej elektróde v miestach najbližších k vodivému spojeniu pracovného priestoru a pomocného priestoru, cez sklenú fritu, je najvyššia prúdová hustota a účinnost elektrolýzy je najvačšia. Na ostatných miestach povrchu pracovnej elektrody je prúdová hustota nižšia a skutočný potenciál elektrody je odlišný od zvoleného. Hoci nádobka J. Hanzlíka a viaceré s prihladnutím na geometriu konštruované nádobky sú z hladiska rozloženia potenciálu na povrchu pracovnej elektrody značné lepšie, ako nádobky s jedným asymetricky umiestneným fritovým spojom, rozdiel medzi maximálnym a minimálnym potenčiálom na povrchu pracovnej elektrody pri vačšom elektrickom prúde a v málo vodivých elektrolytoch móže nadobudnút z hladiska selektivity stanovenia nepřípustné velké hodnoty.

V dosial užívaných coulometrických nádobkách poměr plochy pracovnej elektrody A k objemu elektrolyzovaného roztoku V je taký, že pri použitelnej rých.Losti miešania roztoku čas vyelektrolyzovania stanovenej látky na 99,5 % je 15 až 20 min. Skrátenie času elektrolýzy je dóležitou požiadavkou na couloroetrikú nádobku, pretože umožňuje eleminovanie alebo potlač©nie rušivých vplyvov, ako sú zvyškový náboj a komplikujúce chemické reakcie, ktorých účinok časom narastá.

Čas elektrolýzy možno minimalizovat: najma účinnějším miešaním a zvačsením poměru A/V. Nadměrné zvyšovanie intenzity miešania spósobuje turbulenciu roztoku a vznik bublin, čo sa nepriaznivo prejaví poruchami časového priebehu elektrolytického prúdu a zaťaží chybami, resp. znemožní štúdium časovej závislosti prudu s cielom vypočítat celkový náboj potřebný, na elektrolýzu i z hladiska zistenia mechanismu a kinetiky spriahnutých chemických reakcií.

V nádobkách zo skla prakticky nemožno dosiahnut těsné vyplnenie pracovného priestoru pracovnou elektrodou, resp. miešadlom, a tak zabezpečit niaximálny poměr plochy a objemu.

Jedine nádobka, ktorej autorom je A. J. Bard (Anal. Chem., 3_5, 1125 (1963)), vyrobená zo skla, mosadze a teflonu zaručuje vysokú rychlost elektrolýzy: 99,5 % látky sa v nej zelektrolyzuje přibližné v čase 1 min. predovšetkým však vdaka ultrazvukovému miesaniu, ktoré je technicky komplikované a nákladnéjšie, než běžné miešanie realizované cez hráadel převodem zhora alebo elektromagneticky a v praxi sa nepoužívá.

Uvedené nedostatky sú odstránené vysokoefektívnou coulometrickou nádobkou s homogénnou distribúciou potenciálu na pracovnej elektróde, podlá vynálezu, pozostávajúcou z hlavice., jadra, plášta a dna, ktorej podstatou je, že hlavica a jadrc sú opatřené' vertikálně vytvořeným kanálikom, ktorý ústí do priestoru pracovnej elektrody a je uzavretý grafitom, otvorom pre pridávanie vzorky, ktorý je spojený s priestorom pracovnej elektrody, otvormi pre přívod inertného plynu do priestoru pomocnej elektrody a otvorom pre přívod inertného plynu nad eLektrolyzovaný roztok, pričom priestor pracovnej elektrody a priestor pomocnej elektrody sú spojené symetricky rozmiestnenými horizontálnym.i otvormi vytvořenými po obvode steny jadra, ktoré sú vyplněné fritou zo sintrovaného skla ku kterým je súoso uiniestnená pomocná elektroda a v priestore je uložená pracovná elektroda, v ktorej je umiestnené sklenné miešadlo, jeho priemer je o 0,5 až 5 mm menší ako je.priemer pracovnej elektrody.

V ddsledku malého rozdie.lu priemerov pracovnej elektrody 1_A, sklenného miešadla _]_7 priestoru 7 je zabezpečená optimálna hodnota A/V, z čoho vyplývá vysoká efektivnost elektrolýzy. K tomu prispieva aj použitie skleného miešadla, ktorého hydrofilnosť umožňuje dokladnéjšie premiešavanie.

Elektrolytická premena na 99,5 % sa dosiahne už v čase okolo 50 s. Symetrické vzájomné usporiadanie vodivých spojov po obvode pracovného priestoru, násobené] pomocné] elektrody a valcovitej pracůvnej elektrody zaručuje raaximálnu selektivitu potenciostatického stanovenia. Pravidelný tvar nádobky zabezpečuje jednoduché hydrodynamické podmienky experimentu, ktoré máju priaznivý vplyv na fluktuácie meraného prúdu a reprodukovatelnosť. tvaru jeho zaznamenávaných časových závislostí.

Na pripojenom výkrese je axonometricky znázorněná vysokoefektivna coulometrická nádobka. Pozostáva z hlavice a, jadra b, plášťa c a doplňa ju ešte pracovná elektroda s miešadlom e a pomocná elektroda f.

V hlavici a je otvor pre rotujúci hriadel,^, otvor pre vývod pomocné] elektrody 2, otvor pre přívod inertného plynu do priestoru pomocnej elektrody 3_, otvor pre pridávanie vzorky priestor pre solný mostík referenčnej elektrody _5 a otvor pre přívod inertného plynu nad elektrolyzovaný roztok 6. .Hlavica slúži na uchyt.enie celej nádobky. Má otvory, cez ktoré sa jádro připevňuje tromi skrutkami s křídlovými maticami. Priestory pracovnej elektrody 2 a pomocné] elektrody 8 sú oddělené teflonovou stěnou jadra b o hrúbke 2 cm. Vodivé spojenie oboch priestorov zabezpečuje sesť otvorov 9 symetricky ro?miestnenýcb po obvode válcového plášťa. Otvory o priemere 7 mm su uzatvorené hustými fritami zo sintrovaného skla pomocou skrutkovatelného přítlačného teflonového prstenca.

Priestor pracovnej elektrody 7 je tvaru valca o priemere 33 mm. Na elektrolýzu mošno použiť platinová alebo grafitová, připadne i zlatá pracovnu elektrodu. Grafitová elektroda rotu]áca pomocou lubovolného rotačného zariadenia sláži. súčasne aj ako miesadlo. Elektroda tvaru valca o priemere 30 mm v tomto případe zaberá vačsinu objemu priestoru pracovnej elektrody a dosiahne ser vysoký poměr A/V. Ak sa použije platinová sieťka 18 cylindrického tvaru o priemere 32 mm, váčšinu priestoru pracovnej elektrody zaberá sklené miesadlo 17 válcového tvaru a priemere 28 až 29 mm navlečené na teflonový válec 1^6 na hriadeli 1_5.

Ί

Solný mostík referenčnej elektrody je tvořený kanálikom 5 v teflónovej stene oddelujácej priestor pracovnej a pomocnej elektrody. Kanálik ústi do priestoru pracovnej elektrody medzi dvorná z otvorov s fritami a je uzatvorený poréznym grafitom. Dno 11 nádobky je opatřené trojcestnym kohútom 1_2 pre privádzanie inertného plynu a vetva 13 sláži na vypúšťanie roztoku.

Na naplnenie nádobky' roztokom sláži válcový otvor _4 o priemere 1 cm, ktorý je vyvrtaný vertikálno pozdlž priestoru pracovnej elektrody a je sním spojený. Počas vlastnej elektrolýzy ie tento otvor celkom vyplněný osobitným teflonovým valčekom tak, aby pracovný priestor zachoval póvodný tvar valca a aby sa jeho objem zbytečné nezvyšoval.

Spomenuté súčasti coulometrickej nádobky sa nachádzajú v dutom válci, ktorý tvoří jádro nádobky b. éadro je· vložené do dalšieho duté},o valca, ktoiý vytvára plášť nádobky £. Prjestoi uzatvoren medzi plášťom a jadrom je priestorom pomocnej elektrody 2· Pomocná elektroda má cylindrický t

tvar a já realizovaná platinovou sietkou příslušného priemeru, alebo šiestimi grafitovými elektrodami .19 umiestnenými oproti spojným otvorom s fritmi a přepojenými navzájem planinovým drotom 20; hrubší Pt-drót tvoří kontakt 21. Roztok v pomocném priestore je miešaný prúdom inertného plynu privádzaným v troch symetricky rozložených miestach. Na vypúšťanie roztoku z pomocného priestoru sláži kohát j_4 tesne vsunutý do otvoru 10.

Prebublávanie roztoku prúdom inertného plynu je umožněné cez dno 11 nádobky pamocou trojcestného kohúta 12, ktorý sa súčasne používá aj na vypúšťanie roztoku z vetvy 13 ♦ Na privádzanie inertného plynu nad roztok počas elektrolýzy slúžia otvory kanálika 2 v teflónovej stene. Tento otvor ústi do priestoru pracovnej elektrody vo výške 5 cm nad dnom nádobky.

Takto konstruovaná nádobka slúži na potenciostatické coulometrické stanovenie elektroaktívnych látok, ako aj nazistenie mechanizmu a určenie konetických a rovnovážných parametiov chemických reakcií spriahnutých s elektrolytickým procesora.

Vysokoefektívnu coulometrickú nádobku podlá vynálezu je možná využit na rýchle a selektivně potenciostatické stanovenie elektroaktívnej zložky a na studium mechanizmu, kinetiky a rovnováh chemických reakcií spriahnutých s procesom elektrolýzy.

Claims (1)

1. PREDMET VYNÁLEZU

   Vysokoefektívna coulometrická nádobka s homogénnou distribuciou potenciálu na pracovnej elektróde, požostávajúca z hlavice, jadra, plášťa a vyznačujúca sa tým, že hlavica a jádro sú opatřené vertikálně vytvořeným kanálikom (5), ktorý ústí do priestoru (7> pracovnej elektrody (18) a je uzatvorený grafitom, otvorom (4) pre pridávanie vzorky, ktorý je spojený s priestorom (7) pracovnej elektrody (18), otvormi (3) pre přívod inertného plynu do priesto ru (8) pomocnéj elektrody (19) a otvorom (6) pre přívod inertného plynu nad elektrolyzovaný roztok, pričom priestor (7) pracovnej elektrody (18) a priestor (8) pomocnej elektrody (19) sú spojené symetricky rozmiestnenými horizontálnymi otvormi (9) vytvořenými po obvode steny jadra, ktoré sú vyplněné fritou zo sintrovaného skla ku ktorým je súoso umiestnená pomocná •elektroda (19) a v piriestore (7) je uložená pracovná elektroda (18), v ktorej je umiestnené sklenné miešadlo (17), jeho priemer je o 0,5 až 5 mm menší ako je priemer pracovnej elektrody (18) .