一種電位極譜分析儀的製作方法

2023-04-27 16:13:16 2

專利名稱：一種電位極譜分析儀的製作方法
技術領域：
本發明涉及電化學分析電位分析儀器，尤其涉及一種電位極譜分析儀。
背景技術：
現有技術的電化學分析儀器，主要為伏安分析儀和電位分析儀兩大類，而電位分析又分為電位分析和計時電位分析兩類，伏安分析包括極譜分析，過去所說的極譜分析，完整說法應該是伏安極譜分析。無論是經典極譜還是近代極譜，當使用三電極體系時，都是用滴汞電極作為工作電極，也都是通過輔助電極C再通過溶液對工作電極W施加一個線性遞增或者減小的掃描電位，根據所加在工作電極W上的遞增或者遞減的電位，在工作電極W上獲得還原或者氧化電流，以掃描電位對X軸作圖，以獲得電流對Y軸作圖，獲得的圖形稱之為伏安圖。當使用的工作電極W為每做一次更新一次的電極，即去掉已工作過的汞滴，形成一個新的汞滴，獲得I-V曲線，這種方法稱為近代伏安極譜，在此基礎上再作各種次數的微分，或者在線性增加或者減少的掃描電壓上再疊加方波、脈衝、交流電壓等等，派生出其他如微分極譜、方波極譜、脈衝極譜、交流極譜等等。極譜分析方法從提出至今已有近八十年的歷史。但由於分析速度快，重現性好，仍具有旺盛的生命力。在電化學分析伏安類方法中，已有伏安極譜和伏安溶出和計時電流等分析方法；而電極上有氧化還原反應，檢測時間與電極電位關係稱之為計時電位分析方法，這類分析方法中計時電位法和電位溶出法也已經被提出並有相應的儀器。但到現在為止，尚未有電位極譜分析方法和適合使用電位極譜分析方法的儀器。現有的計時電位法，使用不更新的固體電極，不設定起始電位和終止電位，通過輔助電極C再通過溶液對工作電極W施加電流，通過參比電極R檢測工作電極W的電位變化，用獲得的電位信號E對Y軸方向作圖，電位變化時間t對X軸作圖，獲得E-t曲線，這種方法靈敏度低，可用於研究，難應用於分析應用。另一種已實現的電位溶出法是使用固體電極作為工作電極W，使之旋轉或攪拌溶液，同時施加一個時間較長的富集電位也就是電解電位，進行富集，一般需要60至100秒。在富集一定時間後，停止電極旋轉或者溶液攪拌，使溶液靜止下來，這一般需要20-30秒鐘。之後，斷開富集電位進行溶出，溶出的動力為溶液中的氧化劑或還原劑或者靠施加的電流。無論是氧化溶出還是還原溶出，分析時都要給定富集(電解)電位、上限電位和下限電位，溶出時電位變化從富集電位開始，經上限電位時開始記錄，到下限電位時終止。在電位溶出中，還有不同的形式，如動態電位溶出就是取消了使溶液或者電極靜止的過程，電極邊旋轉邊溶出或者溶液邊攪拌邊溶出。還有計時電位溶出，就是溶出過程中通過輔助電極C再通過溶液對工作電極W施加恆定直流電流。無論哪一種電位溶出，都是利用長時間的富集之後，接著進行短時間的溶出，來增大被檢測的信號，通俗說法為「厚積而薄發」。電位溶出要先設置並施加富集電位進行富集，在富集過程中要攪拌溶液或者旋轉電極，還必須設置記錄的上限電位和下限電位，使用的電極為固體不更新重複使用的電極，工作過程至少數十秒鐘，獲得的曲線為dt/dE-E曲線。每次分析需要較長的時間，效率較低，另外重複使用電極容易引起重現性不佳，增加了應用的難度。
本發明的目的在於，克服現有技術的不足之處，提供一種電位極譜分析儀，應用離子在電極上發生氧化或還原反應引起電極電位變化的原理進行電位極譜分析的方法，這種分析方法靈敏度高，分析速度快，重現性好，為電化學分析方法和可以選用的分析儀器提供一項新的可供選擇的方案，可以拓寬電化學分析的應用範圍。

發明內容
本發明所述的一種電位極譜分析儀，涉及有電極更新裝置、恆電位發生器、恆電流發生器、電解池、三電極體系、阻抗變換器、轉換開關、程序控制器、時間信號發生器、顯示記錄器、t-E曲線組成。本發明所述的電位極譜分析儀，也涉及到計時電位分析方法。所說的三電極體系涉及有工作電極W、輔助電極C和參比電極R所組成。
本發明所述的一種電位極譜分析儀，使用三電極體系，其中的工作電極W採用每分析一次更新一次電極的可更新電極，通常採用的是滴汞電極，本發明稱作W電極或者工作電極。輔助電極C選用材料為化學性質不活潑的導電金屬例如鉑、金、鎢等。甘汞電極或銀—氯化銀電極為參比電極，本發明稱作參比電極R，共同組成三電極體系，浸入內有導電離子存在的同一溶液組成的電解池內，分析過程中溶液是靜止不動的。工作電極W更新方式為汞滴被機械敲擊振動跌落之後新產生一汞滴，形成體積大小相等重複新的電極，工作電極W接地電位。形成新的汞滴即新的電極之後，立即通過輔助電極C，再通過溶液對工作電極W施加電位，為起始電位。這裡所說的工作過程為先更新汞滴，再對工作電極W施加由恆電位發生器產生的電位為起始電位，經過延時0至30秒內給定時間後轉為對工作電極W施加由恆電流發生器產生的恆電流，所說的施加起始電位和施加恆電流都是通過轉換換開關進行的。同時記錄電位變化曲線和每一電位所停留時間，獲得Y方向為時間信號t，X方向為電位信號E的t-E時間電位曲線。輔助電極C對工作電極W施加起始電位後。經過0至30秒範圍內任意給定的短暫延時後，將原先通過輔助電極C再通過溶液施加在工作電極W上恆定電位，即起始電位更換為規定極性的線性掃描或恆定的直流電流，特殊情況下溶液內的氧化劑或還原劑可以替代恆電流發生作用，此時，恆電流值為0。而原先施加的恆定電位，作為獲得的電位曲線的起點，在施加的恆定電流作用或氧化劑或還原劑作用下，工作電極W上發生氧化或還原反應，電位向預定的終止電位變化，參比電極R檢測工作電極W上的電位變化，到達由程序控制器預先給定的終止電位後，停止施加電流，此時的終止電位作為獲得電位極譜曲線的終點。儀器設有的時間信號t發生器，在通過輔助電極C再通過溶液向工作電極W上施加電位轉變成施加規定的電流同時，在程序控制器控制下開始計時，在恆電流作用下，電極電位開始變化，在計時的同時，記錄電位變化曲線，從起始電位到終止電位。用檢測到的變化的電位對每一個點對X軸作圖。用從起始電位到終止電位每一個點電位停留的時間t對Y軸作圖，獲得t-E曲線。在此基礎上，再將Y軸的t對E微分，可以獲得dt/dE-E曲線，再微分即獲得d2t/dE2-E曲線，最後在顯示記錄器上顯示。所說的通過輔助電極C，再通過溶液對工作電極W施加的起始電位，由恆電位器發生，恆電位器通過輔助電極C和溶液施加於工作電極W上的電位與恆電位器輸入控制的電壓相等，不受溶液的電阻值的影響。所說的通過輔助電極C再通過溶液對工作電極W施加的規定極性的線性增加或者線性減小，或者保持恆定直流的電流，由恆電流發生器產生，恆電流發生器輸出的電流值I，由輸入電壓Vi與電流取樣電阻Rs決定，符合關係I＝Vi/Rs，不受電極間溶液的電阻值影響。電流值在0-±1000μA範圍內給定，當終止電位正於起始電位時，施加負極性電流。當終止電位負於起始電位時，施加正極性電流，通過輔助電極C再通過溶液施加於工作電極W上的起始電位延時在0至30秒內給定。所說的三電極共同浸入同一溶液組成的電解池內，通過轉換開關對輔助電極C上施加起始電位轉變為恆定電流，同時，參比電極R檢測到電位變化，到達終止電位時止，溶液是靜止不動的。參比電極R檢測到的電位信號E，通過一個由運算放大器構成由跟隨器方式組成的阻抗變換器進行阻抗變換後輸出至顯示記錄器及和程序控制器，由程序控制器判斷電位信號E是否到達終止電位。由程序控制器控制更新電極，通常為更新汞滴之後，由程序控制器控制恆電位發生器，通過轉換開關，再通過輔助電極C，再通過溶液，對工作電極W在短時間內施加一恆定的電位，經過短時間的延時之後，仍然由程序控制器控制轉換開關，將通過輔助電極C，再通過溶液對工作電極W施加的恆定電位，立即轉換為規定的極性，由恆電流發生器產生的線性增加或線性減小，或者恆定直流電流，通過輔助電極C，再通過溶液施加在工作電極W上。程序控制器控制更新電極後，控制施加電位延時時間，控制轉換開關轉換，將施加電位轉為施加電流，判斷電位到達終止電位後，停止施加電流，控制對時間電位信號的採集顯示。同時控制開始記錄顯示時間電位曲線，即t-E曲線。所說的t-E曲線，時間t對E進行一次、二次微分後，得到dt/dE-E和d2t/dE2-E曲線。
使用本發明所述的一種電位極譜分析儀，對於現有技術的電化學分析方法和電化學分析儀器來說，是一項新方法和新儀器的補充，這種分析方法靈敏度高，分析速度快，重現性好，可以增加電化學分析的應用範圍。


附圖是本發明所述的一種電位極譜分析儀的結構原理示意圖。1-電極更新裝置 2-程序控制器 3-轉換開關 4-恆電位發生器 5-恆電流發生器6-電解池 7-三電極體系 8-顯示記錄器 9-時間信號發生器 10-t-E曲線 11-阻抗變換器
具體實施例方式現參照附圖，結合實施例說明如下本發明所述的一種電位極譜分析儀，涉及有電極更新裝置1、程序控制器2、轉換開關3、恆電位發生器4、恆電流發生器5、電解池6、三電極體系7、顯示記錄器8、時間信號發生器9、t-E曲線10和阻抗變換器11組成。本發明所述的電位極譜分析儀，也涉及到計時電位分析方法。所說的三電極體系7涉及有工作電極W、輔助電極C和參比電極R所組成。本發明所述的一種電位極譜分析儀，使用三電極體系7，其中的工作電極W採用每分析一次更新一次電極的可更新電極，並因此設置有電極更新裝置1，通常採用的是滴汞電極，本發明稱工作電極W，工作電極W接地電位。輔助電極C選用材料為化學性質不活潑的惰性導電金屬例如鉑、金、鎢等。甘汞電極或銀-氯化銀電極為參比電極，本發明稱作參比電極R，共同組成三電極體系7，浸入電解池6內有導電離子存在的同一溶液中，分析過程中電解池6內的溶液是靜止不動的。工作電極W更新方式為汞滴被機械敲擊振動跌落之後新產生一汞滴，形成體積大小相等重複新的電極。形成新的汞滴即新的電極之後，立即通過輔助電極C，再通過溶液對工作電極W施加電位，為起始電位。這裡所說的工作過程為先更新汞滴，再通過轉換開關3和輔助電極C並通過溶液對工作電極W施加恆電位發生器4產生的起始電位，經過延時0至30秒內給定時間後通過轉換開關3並通過輔助電極C並通過溶液轉為對工作電極W施加恆電流發生器5產生的恆電流，同時記錄電位變化曲線和每一電位所停留時間，獲得Y方向為時間信號t，X方向為電位信號E的t-E曲線10即時間電位曲線，在顯示記錄器8上顯示記錄。輔助電極C對工作電極W施加起始電位後，參比電極R檢測工作電極W上的電位變化。經過0至30秒範圍內任意給定的短暫延時後，將原先通過輔助電極C再通過溶液加在工作電極W上恆定的電位，即起始電位更換為規定極性的線性掃描或恆定的直流電流，特殊情況下溶液內的氧化劑或還原劑可以替代恆電流發生作用，此時，恆電流值為0。而原先施加的恆定電位，作為獲得的電位曲線的起點，在施加的恆定電流作用或氧化劑或還原劑作用下，工作電極W上發生氧化或還原反應，電位向預定的終止電位方向變化，參比電極R檢測工作電極W上的電位變化，在經過阻抗變換器11後輸出至程序控制器2和顯示記錄器8，到達由程序控制器2預先給定的終止電位後，停止施加電流，此時的終止電位作為獲得電位極譜曲線的終點。儀器設有的時間信號發生器9，在通過輔助電極C再通過溶液向工作電極W上施加電位轉變成施加規定的電流同時，開始計時，並同時記錄電位變化曲線，從起始電位到終止電位。用檢測到的變化的電位對每一個點對X軸作圖。用從起始電位到終止電位每一個點電位停留的時間t對Y軸作圖，獲得t-E曲線10。在此基礎上，再將Y軸的t對E微分，可以獲得dt/dE-E曲線，再微分即獲得d2t/dE2-E曲線，最後在顯示記錄器8上顯示。所說的通過輔助電極C，再通過溶液對工作電極W施加的起始電位，由恆電位發生器4發生，恆電位發生器4通過轉換開關3通過輔助電極C和溶液施加於工作電極W上的電位與恆電位發生器4輸入控制的電壓相等，不受溶液的電阻值的影響。所說的通過輔助電極C通過轉換開關3並再通過溶液對工作電極W施加的規定極性的線性增加或者線性減小，或者保持恆定直流的電流，由恆電流發生器5產生，恆電流發生器5輸出的電流值I，由輸入電壓Vi與電流取樣電阻Rs決定，符合關係式I＝Vi/Rs，不受電極間溶液的電阻值影響。電流值在0-±1000μA範圍內給定，當終止電位正於起始電位時，施加負極性電流。當終止電位負於起始電位時，施加正極性電流，通過輔助電極C再通過溶液施加於工作電極W上的起始電位延時在0至30秒內給定。所說的三電極體系7共同浸入電解池6內同一溶液中，從輔助電極C上施加起始電位轉變為恆定電流，同時，參比電極R檢測到電位變化，到達終止電位時止，溶液是靜止不動的。參比電極R檢測到的電位信號，通過一個由運算放大器構成的由跟隨器方式組成的阻抗變換器進行阻抗變換後輸出。由程序控制器2控制更新電極，通常為更新汞滴之後，由程序控制器2控制恆電位發生器4，通過輔助電極C，再通過溶液，對工作電極W在短時間內施加一由恆電位發生器4產生的恆定的電位，作為起始電位，經過短時間的延時之後，仍然由程序控制器2控制轉換開關3，將通過輔助電極C，再通過溶液對工作電極W施加的恆定電位，立即轉換為規定的極性，由恆電流發生器5產生的線性增加或線性減小，或者恆定直流電流，輸出至輔助電極C，再通過溶液施加在工作電極W上。程序控制器2控制更新電極後，控制施加電位延時時間，控制施加電位轉為施加電流的轉換，控制時間信號發生器9工作，顯示記錄器8對時間電位信號的採集顯示。同時控制開始記錄顯示時間電位曲線，即t-E曲線10。所說的t-E曲線10，時間t對E進行一次、二次微分後，得到dt/dE-E和d2t/dE2-E曲線。使用本發明所述的一種電位極譜分析儀，對於現有技術的電化學分析方法和電化學分析儀器來說，是一項新方法和新儀器的補充，這種分析方法靈敏度高，分析速度快，重現性好，可以增加電化學分析的應用範圍。
權利要求
1.一種電位極譜分析儀，涉及有電極更新裝置(1)、程序控制器(2)、轉換開關(3)、恆電位發生器(4)、恆電流發生器(5)、電解池(6)、三電極體系(7)、顯示記錄器(8)、時間信號發生器(9)、t-E曲線(10)和阻抗變換器(11)組成，也涉及到溶液中的離子在電極上發生氧化或還原時計時電位分析的方法，用每測定一次更新一次的滴汞電極作為工作電極，通過輔助電極C再通過溶液對工作電極W先施加一個預定的起始電位，經過短暫0至30秒內任意給定時間延時後，緊接著通過轉換開關(3)並通過輔助電極C，再通過溶液將起始電位轉換為對工作電極W施加一個線性遞增或者減小或直流恆電流，根據所加在工作電極W恆定電流的極性，在工作電極W上產生還原或氧化電位，通過參比電極R檢測工作電極W上還原或者氧化電位，以獲得的電位E對X軸作圖，在通過輔助電極C再通過溶液對工作電極W施加起始電位轉變為施加恆電流發生器(7)產生的電流的同時，時間信號發生器(9)開始計時，以時間信號t對Y軸作圖，獲得t-E曲線(9)，其特徵在於三電極體系(4)置於電解池(6)內有同一導電離子的溶液中，工作電極W接地電位，輔助電極C通過溶液對工作電極W施加起始電位後再施加恆定電流，參比電極R檢測工作電極W上的電位變化。
2.根據權利要求1所述的一種電位極譜分析儀，其特徵在於工作電極W為滴汞電極，由電極更新裝置(1)更新電極即更新汞滴，每測定一次，更新一個電極，工作電極W接地電位。
3.根據權利要求1所述的一種電位極譜分析儀，其特徵在於由恆電位發生器(4)提供起始電位。
4.根據權利要求1所述的一種電位極譜分析儀，其特徵在於恆電流發生器(5)提供直流或恆定速率線性變化的電流，恆流範圍0-±1000μA。
5.根據權利要求1所述的一種電位極譜分析儀，其特徵在於工作過程為先更新汞滴，之後立即通過輔助電極C和溶液對工作電極W施加恆電位為起始電位，經過延時0至30秒內任意給定時間後通過轉換開關(3)轉為對工作電極W施加恆電流，在施加恆電流的同時啟動時間信號發生器(9)開始計時，同時記錄電位變化曲線和每一電位所停留時間，獲得Y方向為時間信號t、X方向為電位信號E、時間電位曲線t-E(10)。
6.根據權利要求1所述的一種電位極譜分析儀，其特徵在於分析過程中溶液是靜止不動的。
7.根據權利要求1所述的一種電位極譜分析儀，其特徵在於由參比電極R檢測工作電極W上的電位信號，通過一個由運算放大器構成的跟隨器方式組成的阻抗變換器(11)進行阻抗變換後輸出。
8.根據權利要求1所述的一種電位極譜分析儀，其特徵在於所獲得的t-E曲線(10)，t對E微分後，可獲dt/dE-E和d2t/dE2-E曲線。
9.根據權利要求1所述的一種電位極譜分析儀，其特徵在於程序控制器控制更新電極後，控制施加電位延時時間，控制施加電位轉為施加電流轉換，控制停止施加電流，控制時間信號發生器(9)開始工作，控制對時間電位信號的採集顯示。
10.根據權利要求1所述的一種電位極譜分析儀，其特徵在於時間信號發生器所發生的時間信號t，最終以電壓方式輸出至顯示記錄器(8)。
全文摘要
一種電位極譜分析儀，涉及有電極更新裝置、程序控制器、轉換開關、恆電位發生器、恆電流發生器、電解池、三電極體系、顯示記錄器、時間信號發生器、t－E曲線和阻抗變換器組成，用滴汞電極作為工作電極，通過輔助電極C再通過溶液對工作電極W先施加一個預定的起始電位，經延時後，對工作電極W施加一個線性遞增或者減小或直流恆電流，在工作電極W上產生還原或氧化電位，通過參比電極R檢測還原或氧化電位，以獲得的電位E對X軸作圖，在通過輔助電極C再通過溶液對工作電極W施加起始電位轉變為施加恆電流發生器產生的電流的同時，時間信號發生器開始計時，以時間信號t對Y軸作圖，獲得t－E曲線，這種分析方法靈敏度高，分析速度快，重現性好。
文檔編號G01N27/48GK1392412SQ0213529
公開日2003年1月22日 申請日期2002年7月30日 優先權日2002年7月30日
發明者許一楠, 許建民 申請人:許一楠