МОРОЗОУСТОЙЧИВЫЙ ЭЛЕКТРОД СРАВНЕНИЯ ДЛЯ ПОТЕНЦИОМЕТРИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ

Полезная модель относится к аналитической химии, физической химии и электрохимии и может быть использована в качестве электрода сравнения в приборах для измерения физических и химических параметров водных растворов или природных вод.
Электрод сравнения является необходимым элементом приборов для измерения потенциалов электродов в растворах. Его основная задача - создание стабильного опорного потенциала.
Известен электрод сравнения для потенциометрических измерений [Helmuth Galster, pH Measurement, Weinheim 1990, р.93]. Этот электрод сравнения содержит корпус, выполненный из диэлектрического материала, токоотвод, электрически соединенный с укрепленным внутри корпуса металлическим электродом, погруженным в заполняющий корпус раствор постоянного состава, включающий ионы металла, из которого выполнен металлический электрод и мембрану из полипропилена, отделяющую раствор постоянного состава от внешней среды. Электролитический контакт в этом электроде сравнения осуществляется через микроотверстия в тонкой мембране, закрывающей окошко в стенке корпуса.
10
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемой полезной модели является электрод сравнения для потенциометрических измерений [Свидетельство на полезную модель №8480 Публикация 16.11.1998], содержащий корпус, выполненный из диэлектрического материала, токоотвод, электрически соединенный с укрепленным внутри корпуса металлическим электродом, погруженным в заполняющий корпус раствор постоянного состава, включающий ионы хлорида калия и ионы металла, из которого выполнен металлический электрод и прикрепленную к корпусу мембрану, отделяющую раствор постоянного состава от внешней среды. Мембрана выполнена из диэлектрического материала, проницаемость которого для молекул воды превышает в 50-150 раз проницаемость полиэтилена для молекул воды, а удельное сопротивление в насыщенном водой состоянии превышает 10 Ом·м, при этом мембрана имеет отверстие в виде прокола.
Все известные в настоящее время электроды сравнения для измерения потенциалов электродов в растворах (хлорсеребряные, каломельные и некоторые другие…) имеют преимущественно стеклянный или пластмассовый корпус.
Однако зачастую приборы, имеющие в своем составе электроды сравнения между измерениями приходится хранить (либо транспортировать к месту проведения измерений) в условиях низких температур окружающего воздуха. При понижении температуры окружающего воздуха ниже -5°С заполняющий корпус электрода сравнения насыщенный раствор, включающий ионы хлорида калия, кристаллизуется, что приводит к разрушению корпуса электрода.
На практике транспортировку приборов для измерения физических и химических параметров водных растворов, например преобразователей гидрохимикофизических параметров водной среды, в условиях низких температур осуществляют, помещая их в специальный футляр с подогревом для предотвращения кристаллизации заполняющего корпус электрода сравнения раствора. При разрушении корпуса возникает необходимость прибегать к помощи технического персонала для замены электрода сравнения в приборе. Это создает определенные неудобства и приводит к удорожанию процесса измерения характеристик водной среды.
Задачей полезной модели является сохранение работоспособности электрода сравнения после его хранения либо при транспортировке в условиях низких температур окружающего воздуха.
Указанная задача решается тем, что в электроде сравнения для потенциометрических измерений, содержащем корпус, выполненный из диэлектрического материала, токоотвод, электрически соединенный с укрепленным внутри корпуса металлическим электродом, погруженным в заполняющий корпус насыщенный раствор постоянного состава, включающий ионы хлорида калия и ионы металла, из которого выполнен металлический электрод, а также прикрепленную к корпусу мембрану, отделяющую раствор постоянного состава от внешней среды, выполненную из диэлектрического материала и имеющую отверстие в виде прокола, в качестве диэлектрического материала корпуса используют материал, обладающий эластичными свойствами при низких температурах окружающего воздуха.
Корпус электрода сравнения может быть выполнен, в частности, из силикона. Этот материал обладает высокой прочностью и морозостойкостью. Он сохраняет эластичность и диэлектрические свойства в интервале температур от -60 до 200°С практически неограниченное время.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежом, на котором изображены:
1 - корпус
2 - токоотвод
3 - металлический электрод
4 - раствор постоянного состава
5 - мембрана
6 - прокол
7 - крышка
8 - кристаллы хлорида калия
9 - соль металла, из которого изготовлен электрод 3
10 - измеряемый раствор
10
Предлагаемый морозоустойчивый электрод сравнения для потенциометрических измерений содержит корпус 1, выполненный из диэлектрического материала, обладающего эластичными свойствами при низких температурах, например из силикона, токоотвод 2, электрически соединенный с укрепленным внутри корпуса электродом 3, изготовленным, например, из серебра, цинка или иного металла, из которого обычно изготавливают подобные электроды. Электрод 3 погружен в заполняющий корпус 1 насыщенный раствор 4 постоянного состава, включающий ионы хлорида калия и ионы металла, из которого выполнен металлический электрод 3. Мембрана 5 герметично прикреплена к корпусу 1, например, с помощью специального клея или грунтовки на силиконовой основе, она отделяет раствор 4 постоянного состава от внешней среды и имеет отверстие в виде прокола 6. Мембрана 5 может быть выполнена из различных материалов, удовлетворяющих следующим требованиям: проницаемость материала мембраны 5 для молекул воды должна превышать в 50-150 раз проницаемость полиэтилена для молекул воды, а удельное сопротивление в насыщенном водой состоянии должно превышать 10 Ом·м..
Лучшим из известных в настоящее время материалов для мембраны 5 является силиконовый каучук.
-6
Мембрана 5, выполненная из силиконового каучука имеет толщину (25-500)·10 м, а размер прокола составляет 1-3 толщины мембраны.
Конструкция электрода сравнения снабжена крышкой 7 из диэлектрического материала, которая герметично крепится к корпусу 1.
Предлагаемый морозоустойчивый электрод сравнения работает следующим образом:
При погружении электрода сравнения в измеряемый раствор 10 молекулы воды движутся через мембрану 5 в направлении градиента активности воды внутрь корпуса 1 независимо от внешнего давления, растворяют часть кристаллов хлорида калия 8, требующуюся для насыщения и создают в корпусе 1 осмотическое давление. Мембрана 5 под давлением растягивается, прокол 6 раскрывается и через него раствор хлорида калия вытекает во внешнюю среду, что обеспечивает электролитический контакт.
Если между измерениями (во время транспортировки или хранения приборов) температура окружающего воздуха понизится до -5°С, заполняющий корпус 1 электрода сравнения насыщенный раствор 4, включающий ионы хлорида калия, кристаллизуется, его объем увеличивается, при этом стенки корпуса 1 из эластичного диэлектрического материала деформируются. При повышении температуры окружающего воздуха выше -5°С кристаллизованный насыщенный раствор 4 переходит обратно в жидкое агрегатное состояние, а стенки корпуса 1 возвращаются в исходное, недеформированное состояние. Такие деформации никак не сказываются на работе электрода сравнения, его функции полностью сохраняются.
Таким образом, использование для изготовления корпуса электрода сравнения эластичного при низких температурах окружающего воздуха диэлектрического материала, например силикона, обеспечивает сохранение работоспособности электрода сравнения после его хранения либо транспортировки в условиях низких температур, тем самым повышая срок службы электрода сравнения, а также надежность в целом прибора для измерения физических и химических параметров водных растворов.
Промышленная применимость полезной модели определяется тем, что электрод сравнения может быть изготовлен на основании приведенного описания и чертежа и использован для измерения потенциалов электродов в растворах.