АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСТВОРЕННОГО В ВОДЕ КИСЛОРОДА

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для определения в жидких пробах растворенного в воде кислорода с помощью оптических средств.
Известны устройства для определения концентрации растворенного кислорода основанные на использовании электрохимических методов, например, оксиметр DO 600 (http://www.ecounit.ru/artikle_67.html). Принцип действия устройства заключается в том, что кислород благодаря диффузии проникает в соответствующий датчик, на электродах которого возникает электрический ток, величина которого находится в определенной зависимости от концентрации кислорода. Снимаемое с нагрузочного резистора напряжение обрабатывается аналого-цифровым преобразователем (АЦП), и на устройство индикации поступает уже цифровой сигнал
Главным недостатком известного устройства является тот факт, что для каждой восстановленной на катоде молекулы имеет место соответствующая окислительная реакция на аноде, которая является причиной деградации анода и расхода электролита. Оба этих процесса неизбежно приводят к дрейфу показаний и занижению результатов. Привносимые погрешности можно удерживать в определенных рамках только за счет регулярной калибровки датчика и замены электролита, производимой пользователем.
Наиболее близкой к заявляемой является автоматизированная система определения растворенного кислорода по методу Винклера (Technical Report No. 91-6 An Easy-to-Construct Automated Winkler Titration System by Gernot E. Friederich Louis A. Codispoti Carole M. Sakamoto August 1991). Метод основан на способности гидроксида марганца (II) окисляться в щелочной среде до гидроксида марганца (IV), количественно связывая при этом растворенный кислород. В кислотной среде гидроксид марганца (IV) снова переходит в двухвалентное состояние, окисляя эквивалентное связанному кислороду количество йода. Выделившийся йод оттитровывают раствором тиосульфата натрия. Объем тиосульфата, который требуется для связывания йода, измеряют и пересчитывают на количество растворенного в пробе кислорода (Winkler L.W. Die Bestimmung des im Wasser geloesten Sauerstoffes. // Chem. Ber. 1888, v.21, pp.2843-2855).
Известная система состоит из блока управления, соединенного с автоматическим дозатором и фотоколориметрической ячейкой, содержащей электронный блок и кювету для размещения исследуемых проб. Кювета снабжена оптически связанными источником ультрафиолетового излучения (УФ излучения) и фотоприемником с оптическим фильтром, которые соединены с электронным блоком ячейки. Блок управления передает на автоматический дозатор информацию, полученную с электронного блока фотоколориметрической ячейки. В качестве источника УФ излучения в известной системе используют высоковольтную ртутную лампу Analamp Model 80-1025-01\351 с пиком поглощения 351 нм и шириной полосы 41 нм, что близко к пику поглощения трииодат-иона 352 нм. Однако использование в качестве источника УФ излучения ртутной лампы усложняет конструкцию системы, затрудняет ее использование в полевых условиях, создает сложности в обслуживании, так как она требует отдельного громоздкого источника питания. Кроме того ртутная лампа в процессе работы нагревается, имеет небольшой срок службы и требует бережного к себе отношения. Недостатком известной системы также является отсутствие температурных датчиков для контроля температуры используемых растворов, что снижает точность определения кислорода.
Задачей полезной модели является разработка автоматизированной системы, позволяющей быстро, точно и надежно определять концентрацию растворенного в воде кислорода с учетом температур используемых растворов, а также упрощение конструкции системы, уменьшение ее габаритов и веса.
Поставленная задача решается автоматизированной системой для определения растворенного в воде кислорода, состоящей из блока управления, соединенного с автоматическим дозатором и фотоколориметрической ячейкой, содержащей электронный блок и кювету для размещения исследуемых проб, снабженную оптически связанными источником УФ излучения и фотоприемником с оптическим фильтром, соединенных с электронным блоком, при этом автоматизированная система снабжена двумя температурными датчиками, соединенными с электронным блоком, а источник УФ излучения выполнен в виде светодиода с длиной волны, соответствующей максимуму поглощения трииодат-иона.
Использование светодиодов в качестве источника УФ излучения, обладает рядом преимуществ по сравнению с ртутной лампой, которая используется в прототипе. Светодиоды имеют практически неограниченный ресурс, потребляют маленький ток, не требуют громоздкого и сложного высоковольтного блока питания. Они дешевы и невосприимчивы к механическим воздействиям.
Известно, что на точность измерений объемов существенное влияние оказывает температурный фактор. Для уменьшения температурной погрешности и повышения точности измерений система снабжена двумя датчиками температуры: стационарным датчиком с информацией о температуре раствора тиосульфата в автоматическом дозаторе и мобильным - с информацией о температуре стандартного раствора, используемого при калибровке системы.
На фиг 1. представлена блок-схема заявляемого устройства, где 1 - фотокалориметрическая ячейка, 2 - автоматический дозатор, 3 - блок управления, 4 - стационарный датчик температуры; 5 - мобильный датчик температуры.
На фиг 2 представлена схема фотоколориметрической ячейки, содержащей 6 - кювету для размещения исследуемых проб, 7 - источник ультрафиолетового излучения, 8 - фотоприемник, 9 - оптический фильтр, 10 - электронный блок.
Автоматизированная система работает следующим образом:
Подготовленную пробу помещают в кювету (6) между источником ультрафиолетового излучения (7) и фотоприемником (8) с оптическим фильтром (9). Ультрафиолетовое излучение с длиной волны возбуждающего света 354 нм., соответствующее максимуму поглощения йода, от источника излучения (7) попадает на исследуемую пробу. Пробу титруют тиосульфатом из автоматического дозатора (2). Температура тиосульфата фиксируется стационарным датчиком (4). В процессе титрования происходит связывание йода, и поглощение УФ излучения падает. Степень поглощения УФ излучения при 354 нм, которая зависит только от концентрации йода в воде, регистрирует фотоприемник (8) с оптическим фильтром (9). Данные об интенсивности УФ излучения поступают на электронный блок (10) фотоколориметрической ячейки (1) и далее на блок управления (3), который управляет автоматическим дозатором (2), подающим тиосульфат в исследуемый образец. Конечная точка титрования определяется по достижению минимума поглощения УФ излучения, после чего титрование останавливают и определяют израсходованный объем тиосульфата, который пересчитывают по стандартной методике на количество растворенного кислорода с учетом поступающих на электронный блок (10) данных с датчиков (4) и (5) о температуре раствора тиосульфата и температуре стандартного раствора при предварительной калибровке системы..
Блок управления выполняют на базе персонального компьютера со встроенным аналого-цифровым преобразователем. Сбор информации осуществляется в виде цифровых кодов, что позволяет использовать полученную информацию в реальном времени и решает задачу оперативности заявляемой автоматизированной системы, а также позволяет повысить надежность работы заявляемого устройства.
В качестве источника ультрафиолетового излучения используют, например, светодиоды УФ спектра типа H2A1-H365-Sc, с максимумом излучения 365 нм и шириной полосы 15 нм.
В качестве фотоприемника используют, например, фотодиод GUVA-T21GH, 220-370 нм.
В качестве оптического фильтра используют, например, фильтр RLT-365-12-A.
Конкретная аппаратурная реализация автоматического дозатора, датчиков температуры и блока управления является стандартной и по характеристикам зависит от поставленной задачи измерения, требуемой точности и быстродействия.
Таким образом, конструктивное выполнения заявляемой системы с использованием в качестве источника излучения светодиода УФ спектра с длиной волны, соответствующей максимуму поглощения трииодат-иона и двух температурных датчиков для корректировки объемов используемых растворов повышает точность измерений, а также обладает конструктивной простотой, позволяет оперативно получать результаты измерений в реальном времени, система удобна в эксплуатации, имеет небольшой вес и габариты.