RU2053507C1 - Method of determination of total content of organic substances in water and device for its implementation - Google Patents
Method of determination of total content of organic substances in water and device for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2053507C1 RU2053507C1 RU93031177A RU93031177A RU2053507C1 RU 2053507 C1 RU2053507 C1 RU 2053507C1 RU 93031177 A RU93031177 A RU 93031177A RU 93031177 A RU93031177 A RU 93031177A RU 2053507 C1 RU2053507 C1 RU 2053507C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- oxygen
- sample
- combustion chamber
- chamber
- content
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Non-Biological Materials By The Use Of Chemical Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к аналитической химии и приборостроению и может быть использовано для контроля органических загрязнений в объектах окружающей среды, в частности в природных и сточных водах и технологических растворах. The invention relates to analytical chemistry and instrumentation and can be used to control organic pollution in environmental objects, in particular in natural and waste waters and technological solutions.
Известен способ определения содержания органических веществ (в частности, хлор- органики), включающий пробоподготовку путем экстракции хлорорганики, насыщения экстракта парами воды и смешения его с инертным газом, сжигания полученной пробы в токе кислорода с последующим охлаждением газовой составляющей пробы и определения органики в электрохимической ячейке [1]
Недостатком способа является трудоемкая и длительная пробоподготовка. Кроме того, способ позволяет определять лишь хлорорганику, а не всю органику.A known method for determining the content of organic substances (in particular, organochlorine), including sample preparation by extraction of organochlorine, saturating the extract with water vapor and mixing it with an inert gas, burning the obtained sample in an oxygen stream, followed by cooling the gas component of the sample and determining organics in the electrochemical cell [1]
The disadvantage of this method is time-consuming and lengthy sample preparation. In addition, the method allows you to determine only organochlorine, and not all organics.
Известно устройство для определения органических веществ (в частности, хлорорганики) в жидкостях, включающее средство взятия пробы из текущей среды, узел пробоподготовки, камеру сжигания парогазовой смеси, холодильник и детектор определения хлорорганики (по количеству хлора), выполненный в виде электрохимической ячейки с серебряными электродами [1] Причем узел пробоподготовки состоит из сосудов с анализируемой жидкостью и извлекающей хлорорганику жидкостью, насосов, капилляра смешения, сосуда насыщения паров воды анализируемой хлорорганикой, сосуда для нагревания смеси, соединенного с нижней его частью, баллона с инертным газом (например, N2). Камера сжигания снабжена газовым смесителем (для смешивания парогазовой смеси с кислородом), установленным в нижней части, керамическим распределителем газового потока, высоковольтным запальным блоком с электродами из стали и фотодетектором, электрически соединенным с запальным блоком и предназначенным для контроля полного сгорания хлорорганики в камере.A device for determining organic substances (in particular, organochlorines) in liquids is known, including a means of sampling from the current medium, a sample preparation unit, a gas-vapor mixture burning chamber, a refrigerator and a detector for determining organochlorine (by the amount of chlorine), made in the form of an electrochemical cell with silver electrodes [1] Moreover, the sample preparation unit consists of vessels with an analyzed liquid and an organochlorine-extracting liquid, pumps, a mixing capillary, a vessel for saturating water vapor of an analyzed chlorine by pottery, a vessel for heating a mixture connected to its lower part, an inert gas cylinder (for example, N 2 ). The combustion chamber is equipped with a gas mixer (for mixing a vapor-gas mixture with oxygen) installed in the lower part, a ceramic gas flow distributor, a high-voltage ignition unit with steel electrodes and a photo detector electrically connected to the ignition unit and designed to control the complete combustion of organochlorine in the chamber.
Недостатками устройства являются сложность узла пробоподготовки и камеры сжигания. Кроме того, устройство предназначено для определения хлороорганики в анализируемых жидкостях и не позволяет определять общее содержание органики в них. The disadvantages of the device are the complexity of the sample preparation unit and the combustion chamber. In addition, the device is designed to determine organochlorine in the analyzed liquids and does not allow to determine the total organic content in them.
Наиболее близким к изобретению техническим решением является способ определения общего содержания органических веществ в воде путем сжигания пробы в потоке смеси инертного газа и кислорода и последующего определения содержания определяемых веществ по изменению содержания кислорода с применением твердоэлектролитной ячейки с кислород-ионной проводимостью [2]
В поток инертного газа вводится кислород из баллона или заранее готовится смесь инертного газа с кислородом. Одна часть потока с помощью системы вентилей пропускается через камеру, в которой происходит сжигание пробы, а затем поступает на детектор. Другая часть потока в обход камеры сжигания поступает сразу на детектор. Проба впрыскивается в камеру сжигания. Детектирование осуществляться твердоэлектролитной ячейкой с кислород-ионной проводимостью, которая в соответствии с уравнением Нерста генерирует электрический сигнал, соответствующий разнице в концентрации кислорода в двух указанных выше потоках, которая возникает после обеднения кислородом потока, проходящего через камеру сжигания.Closest to the invention, the technical solution is a method for determining the total content of organic substances in water by burning a sample in a stream of a mixture of inert gas and oxygen and then determining the content of analytes by changing the oxygen content using a solid electrolyte cell with oxygen-ion conductivity [2]
Oxygen from the cylinder is introduced into the inert gas stream or a mixture of inert gas with oxygen is prepared in advance. One part of the flow through a valve system is passed through the chamber in which the sample is burned, and then enters the detector. Another part of the flow, bypassing the combustion chamber, goes directly to the detector. A sample is injected into the combustion chamber. Detection is carried out by a solid-state electrolyte cell with oxygen-ionic conductivity, which in accordance with the Nerst equation generates an electrical signal corresponding to the difference in oxygen concentration in the two above flows, which occurs after oxygen depletion of the stream passing through the combustion chamber.
Недостатком этого способа является отсутствие возможности прямого определения концентрации кислорода в потоке и возможности определения количества кислорода, растворенного в пробе. Не исключено добавление кислорода в газовый поток при сжигании пробы за счет частичного разложения воды на каталитической подложке. The disadvantage of this method is the inability to directly determine the concentration of oxygen in the stream and the ability to determine the amount of oxygen dissolved in the sample. It is possible that oxygen is added to the gas stream during the combustion of the sample due to the partial decomposition of water on the catalytic substrate.
Наиболее близким к изобретению техническим решением является устройство для определения общего содержания органических веществ в воде, включающее последовательно соединенные трубопроводами средство подачи инертного газа, средство регулирования газового потока, средство дозирования кислорода в газовый поток, камеру сжигания, снабженную установленной коаксиально с ее внешней стороны печью и средством удержания пробы в камере, измерительную твердоэлектролитную ячейку с кислород-ионной проводимостью и блок регистрации результатов определения [2] Средство регулирования газового потока выполнено в виде системы вентилей, позволяющей разделить газовый поток на два потока (1 поток через камеру сжигания к измерительной ячейке, 2 поток минуя камеру сжигания непосредственно к измерительной ячейке) или обеспечить разные скорости газового потока на входе и выходе камеры сжигания. Система вентилей предполагает получение на измерительной ячейке электрического сигнала, соответствующего разнице концентрацией кислорода в двух газовых потоках. Проба в камеру сжигания подается средством инжектирования или шприцом. Closest to the invention, the technical solution is a device for determining the total organic matter content in water, including inert gas supply means, means for regulating the gas flow, means for dispensing oxygen into the gas stream, a combustion chamber equipped with a furnace installed coaxially with its outer side, and means for holding the sample in the chamber, a measuring solid electrolyte cell with oxygen-ion conductivity and a unit for recording the results of [2] The gas flow control means is made in the form of a valve system allowing to divide the gas flow into two flows (1 flow through the combustion chamber to the measuring cell, 2 flow bypassing the combustion chamber directly to the measuring cell) or provide different gas flow rates at the inlet and the exit of the combustion chamber. The valve system involves receiving an electrical signal on the measuring cell corresponding to the difference in the oxygen concentration in the two gas streams. The sample is injected into the combustion chamber by an injection means or a syringe.
Средство удержания пробы в камере выполнено в виде каталитической керамической подложки. Средство дозирования кислорода в газовый поток выполнено в виде контейнера с предварительно подготовленной смесью или средства для приготовления смеси двух газов для заданной концентрации кислорода в газовом потоке. The means for holding the sample in the chamber is made in the form of a catalytic ceramic substrate. The means for dosing oxygen into the gas stream is made in the form of a container with a previously prepared mixture or means for preparing a mixture of two gases for a given concentration of oxygen in the gas stream.
Недостатком этого устройства является отсутствие возможности быстро и с большой точностью менять при необходимости концентрацию кислорода в потоке, чтобы обеспечить полноту сгорания пробы. The disadvantage of this device is the inability to quickly and with great accuracy to change, if necessary, the oxygen concentration in the stream to ensure complete combustion of the sample.
Кроме того, регистрирующая система требует градуировки, а система ввода пробы не защищает реактор от попадания в него наружного воздуха. In addition, the recording system requires graduation, and the sample injection system does not protect the reactor from the ingress of external air.
Задача изобретения заключается в разработке и создании нового способа и нового поколения анализаторов для контроля органического вещества в природных и сточных водах и технологических растворах. Принципиальной особенностью изобретения является возможность определения общего содержания органического вещества без предварительной градуировки прибора. Это делает очень перспективным использование данного изобретения в экологических экспедициях при мониторинге окружающей среды, т.е. в тех случаях, когда априори не известен состав органического вещества. The objective of the invention is to develop and create a new method and a new generation of analyzers for controlling organic matter in natural and waste waters and technological solutions. A fundamental feature of the invention is the ability to determine the total organic matter content without first calibrating the device. This makes the use of this invention in ecological expeditions in environmental monitoring, i.e. in those cases when the composition of organic matter is not known a priori.
Для этого в способе определения общего содержания органических веществ в воде путем сжигания пробы в потоке смеси инертного газа и кислорода и последующего определения содержания определяемых органических веществ по изменению содержания кислорода с применением твердоэлектролитной ячейки с кислород-ионной проводимостью для определения изменения содержания кислорода используют кулонометрическую твердоэлектролитную ячейку, проводят сжигание предварительно отобранной анализируемой пробы при t1=800-850оС в потоке газовой смеси с концентрацией кислорода в диапазоне 1-10-2 мг/л, определяют время изменения концентрации кислорода τо и величину максимального изменения концентрации кислорода по формуле
Cmax (1) где Imax максимальное изменение ионного тока кислорода;
F число Фарадея;
Q расход газа в системе, устанавливают концентрацию кислорода в газовой смеси равной Cmax, вводят анализируемую пробу в низкотемпературную зону камеры сжигания при t2=85-115oC, выдерживают последнюю в течение времени, необходимого до достижения установленного значения концентрации кислорода с последующим сжиганием пробы в высокотемпературной зоне камеры сжигания при t1= 800-850оС, определяют количество потребленного на сжигание кислорода по формуле
G= V(Cmax-Ci) (2) где Vo объем реакционной зоны; Ci текущая концентрация кислорода, при этом о содержании органических веществ в воде судят по величине определенного количества кислорода.To do this, in the method for determining the total content of organic substances in water by burning a sample in a stream of an inert gas and oxygen mixture and then determining the content of the determined organic substances by changing the oxygen content using a solid electrolyte cell with oxygen-ion conductivity, a coulometric solid electrolyte cell is used to determine the change in oxygen content , conduct combustion preselected analysis sample at t 1 = 800-850 o C in a stream of a gas mixture with conc ntratsiey oxygen in the range of 1-10 -2 mg / l, determined time change of the oxygen concentration of τ and the value of maximum change in oxygen concentration according to the formula
C max (1) where I max is the maximum change in the ion current of oxygen;
F is the Faraday number;
Q is the gas flow rate in the system, the oxygen concentration in the gas mixture is set equal to C max , the analyzed sample is introduced into the low-temperature zone of the combustion chamber at t 2 = 85-115 o C, the latter is maintained for the time required to reach the set oxygen concentration value, followed by combustion samples in the high-temperature zone of the combustion chamber at t 1 = 800-850 о С, determine the amount of oxygen consumed for combustion by the formula
G = v (C max -C i ) (2) where V o is the volume of the reaction zone; C i current oxygen concentration, while the content of organic substances in the water is judged by the value of a certain amount of oxygen.
Для решения задачи устройство для определения общего содержания органических веществ, включающее последовательно соединенные трубопроводами средство подачи инертного газа, средство регулирования газового потока, средство дозирования кислорода в газовый поток, камеру сжигания, снабженную установленной коаксиально с ее внешней стороны печью и средством удержания пробы в камере, измерительную твердоэлектролитную ячейку с кислород-ионной проводимостью и блок регистрации результатов определения, снабжено механизмом возвратно-поступательного перемещения средства удержания пробы, камерой ввода жидкой пробы, стабилизатором перепада давления, побудителем расхода и электронным блоком управления, средство дозирования кислорода выполнено в виде кислородной твердоэлектролитной ячейки со стабилизированным источником питания, механизм возвратно-поступательного перемещения выполнен в виде шагового двигателя, системы шестерен и размещенной в корпусе червячной передачи, на каретке которой закреплен шток с установленным на его конце средством удержания пробы в виде кюветы, камера ввода жидкой пробы герметично соединена с одной стороны с корпусом червячной передачи коаксиально штоку с кюветой и с другой стороны с установленной соосно камерой сжигания и выполнена с отверстием для ввода жидкой пробы в кювету, причем вход трубопровода, соединяющего средство дозирования кислорода и камеру сжигания, расположен между отверстием камеры ввода жидкой пробы и стенкой со стороны камеры сжигания, стабилизатор перепада давления и побудитель расхода соединены последовательно и установлены после измерительной ячейки, а электронный блок управления электрически соединен с источником питания средства дозирования кислорода, шаговым двигателем механизма возвратно-поступательного перемещения, печью камеры сжигания и измерительной ячейкой. To solve the problem, a device for determining the total content of organic substances, including inert gas supply means connected in series, means for regulating the gas flow, means for dosing oxygen to the gas stream, a combustion chamber equipped with a furnace installed coaxially from its outside and means for holding the sample in the chamber, measuring solid electrolyte cell with oxygen-ion conductivity and a unit for recording the results of determination, equipped with a reciprocating mechanism the effective movement of the sample retention means, a liquid sample injection chamber, a differential pressure stabilizer, a flow inducer and an electronic control unit, the oxygen metering device is made in the form of an oxygen solid electrolyte cell with a stabilized power source, the reciprocating movement mechanism is made in the form of a stepper motor, gear system and placed in the housing of the worm gear, on the carriage of which a rod is fixed with a means for holding the sample in the form of ditches mounted on its end s, the chamber for introducing a liquid sample is hermetically connected on one side to the worm gear housing coaxially to the rod with the cell and, on the other hand, with a coaxial combustion chamber and is made with an opening for introducing a liquid sample into the cell, the pipe inlet connecting the oxygen metering device and the combustion chamber is located between the opening of the chamber for introducing a liquid sample and the wall on the side of the combustion chamber, the differential pressure stabilizer and flow inducer are connected in series and are installed after the measuring cell and a electronic control unit electrically connected to the power source of oxygen dispensing means, the stepper motor mechanism of reciprocating movement, the furnace combustion chamber and measuring cell.
В изобретении заложен метод, предусматривающий определение уровня загрязненности вод непосредственно по количеству кислорода, необходимому для окисления органического вещества, содержащегося в пробе. Этот показатель, который можно назвать "кислородной окисляемостью" (по аналогии с бихроматной окисляемостью или химическим потреблением кислорода (ХПК)) вещества в воде. The invention provides a method for determining the level of water pollution directly from the amount of oxygen required to oxidize the organic matter contained in the sample. This indicator, which can be called "oxygen oxidation" (by analogy with bichromate oxidation or chemical oxygen demand (COD)) of a substance in water.
Кислородную окисляемость определяют при сжигании пробы в потоке смеси инертный газ кислород по количеству кислорода, затраченному на окисление. Oxygen oxidation is determined when a sample is burned in a stream of an inert gas, oxygen by the amount of oxygen spent on oxidation.
Количество кислорода, затраченное на окисление органического вещества, определяют по следующей формуле:
G= Q(C-Cτ)dτ (3) где τo продолжительность окисления; Q расход газа в потоке; С концентрация кислорода в окислительной атмосфере; C конечная концентрация кислорода; τ время.The amount of oxygen spent on the oxidation of organic matter is determined by the following formula:
G = Q (CC τ ) dτ (3) where τ o is the duration of oxidation; Q gas flow rate; C is the concentration of oxygen in an oxidizing atmosphere; C final oxygen concentration; τ time.
Для определения кислорода в потоке инертного газа используют кулонометрическую твердоэлектролитную ячейку (КТЭЯ) с кислородионной проводимостью. To determine the oxygen in an inert gas stream, a coulometric solid electrolyte cell (CTEC) with oxygen conductivity is used.
Если с помощью КТЭЯ из потока газа, протекающего через ячейку с расходом Q, извлекается поток кислорода j, то в соответствии с законом Фарадея через КТЭЯ протекает ток
i=F(n/A)j, (4) где F число Фарадея; A/n электрохимический эквивалент.If, using CTEJ, the oxygen stream j is extracted from the gas stream flowing through the cell with the flow rate Q, then, in accordance with the Faraday law, the current flows through the CTEJ
i = F (n / A) j, (4) where F is the Faraday number; A / n electrochemical equivalent.
Концентрация кислорода в газовой фазе
C=j/Q, (5) поэтому ток
I=F(n/A)C · Q (6)
Аналитический сигнал (пик) представляет собой зависимость тока (т.е. функции содержания кислорода в газовой фазе) от времени. Площадь пика пропорциональна количеству кислорода, затраченному на окисление (в соответствии с законом Фарадея)
G= A/n (7) где Iτ значение ионного тока кислорода в момент времени τ.The concentration of oxygen in the gas phase
C = j / Q, (5) therefore, the current
I = F (n / A) CQ (6)
An analytical signal (peak) is the dependence of the current (i.e., the function of the oxygen content in the gas phase) on time. The peak area is proportional to the amount of oxygen spent on oxidation (in accordance with Faraday’s law)
G = A / n (7) where I τ is the ion current of oxygen at time τ.
Запись аналитического сигнала и его дальнейшая математическая обработка осуществляется на IBM PC/XT. Recording of the analytical signal and its further mathematical processing is carried out on the IBM PC / XT.
При наличии в анализируемой пробе растворенного кислорода концентрация кислорода в газовой фазе повышается с момента начала его выделения, а при сжигании органики концентрация кислорода в потоке падает, т.е. изменение ионного тока при протекании указанных процессов противоположно по знаку. Экспериментально доказано, что ступенчатый ввод пробы в реактор (с выдержкой пробы в низкотемпературной области реактора) позволяет разнести по временной шкале аналитические пики, появляющиеся при выделении растворенного кислорода и при окислении органических веществ, так как температура выхода растворенного кислорода на порядок ниже температуры, необходимой для сжигания органики, находящейся в пробе. If dissolved oxygen is present in the analyzed sample, the oxygen concentration in the gas phase rises from the moment it begins to be released, and when organics are burned, the oxygen concentration in the stream decreases, i.e. the change in ion current during the course of these processes is opposite in sign. It has been experimentally proved that the stepwise injection of a sample into the reactor (with the sample held in the low-temperature region of the reactor) allows the analytical peaks that appear during the evolution of dissolved oxygen and during the oxidation of organic substances to be separated on a time scale, since the temperature of the output of dissolved oxygen is an order of magnitude lower than the temperature required for burning organics in the sample.
На фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 приведена кинетическая кривая, полученная на экране дисплея при анализе пробы 0,01% раствора фенола в воде в координатах ионный ток кислорода I время τ. In FIG. 1 presents a diagram of the proposed device; in FIG. Figure 2 shows the kinetic curve obtained on the display screen when analyzing a sample of a 0.01% solution of phenol in water in the coordinates of the oxygen ion current I time τ.
Устройство состоит из последовательно соединенных трубопроводами средства подачи инертного газа (например, баллона 1 с инертным газом), средства регулирования газового потока, выполненного в виде редуктора 2 и дросселя 3, средства дозирования кислорода в газовый поток, включающего кулонометрическую твердоэлектролитную дозирующую ячейку 4, стабилизированный источник 5 питания и печь 6, камеры 7 сжигания, снабженной установленной коаксиально с ее внешней стороны печью 8, средства удержания пробы в камере 7, выполненного в виде кюветы 9, измерительной твердоэлектролитной ячейки 10 с кислородионной проводимостью и печи 11. Устройство содержит также соединенные последовательно трубопроводами с измерительной ячейкой 10 дроссель 12, стабилизатор 13 перепада давлений, побудитель 14 расхода и расходомер 15. Кроме того, устройство содержит электронный блок управления и блок регистрации результатов определения, выполненные в виде блока 16 сопряжения и компьютера 17. Средство удержания пробы кювета 9 снабжена механизмом возвратно-поступательного перемещения, выполненным в виде шагового двигателя 18, системы шестерен 19 и размещенной в корпусе 20 червячной передачи 21, на каретке которой закреплен шток 22, на конце которого установлена кювета 9. The device consists of inert gas supply means (for example, inert gas cylinder 1) connected in series by pipelines, gas flow control means made in the form of a
Устройство снабжено камерой 23 ввода жидкой пробы, которая герметично соединена с корпусом 20 червячной передачи коаксиально штоку 22 с кюветой 9 и с другой стороны с установленной соосно камерой 7 сжигания. Камера 23 ввода жидкой пробы выполнена в верхней части с отверстием 24 для ввода жидкой пробы в кювету 9. Вход трубопровода, соединяющего дозирующую ячейку 4 с камерой 23 ввода жидкой пробы, расположен между отверстием 24 для ввода жидкой пробы и стенкой камеры 23. The device is equipped with a liquid
Электронный блок управления электрически соединен с источником 5 питания дозирующей кислородной ячейки 4, шаговым двигателем 18 механизма возвратно-поступательного перемещения, печью 8 камеры 7 сжигания, измерительной ячейкой 10 (электрические соединения с источником 5 питания дозирующей кислородной ячейки 4 и с печью 8 камеры 7 сжигания на фиг. 1 не показаны). The electronic control unit is electrically connected to the
Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.
Инертный газ из баллона 1 через редуктор 2 и дроссель 3 поступает в кулонометрическую твердоэлектролитную дозирующую ячейку 4, которая служит кислородным насосом, обеспечивая необходимую концентрацию кислорода в газовом потоке. Общий расход газа в системе задается дросселем 3. Полученная газовая смесь разделяется на две части. Одна часть потока поступает в камеру 7 сжигания, где происходит испарение и сжигание пробы воды при температуре около 860оС, а другая в камеру 23 ввода жидкой пробы. Эта часть потока препятствует попаданию атмосферного воздуха в кювету 9 при введении в нее жидкой пробы через отверстие 24 камеры 23 ввода жидкой пробы. Введение кюветы 9 с пробой в камеру 7 сжигания автоматизировано. Кювету 9 вводят ступенчато, сначала в низкотемпературную зону камеры 7, а потом в высокотемпературную при помощи механизма возвратно-поступательного перемещения. При этом включают шаговый двигатель 18, который через систему шестерен 19 и червячную передачу 21 передает поступательное перемещение штоку 22 с кюветой 9. Параметры ввода пробы (скорость, ступенчатость и т.д.) задаются с помощью компьютера 17. Газовая смесь, расход которой задается дросселем 12, а измеряется расходомером 15, из камеры 7 поступает в измерительную твердоэлектролитную ячейку 10, контролирующую парциальное давление кислорода в потоке. Ячейка 10, как и ячейка 4, обладающая кислородионной проводимостью, служит для измерения количества кислорода, затрачиваемого на сжигание пробы. Печи 6 и 11 обеспечивают работу ТЭЯ 4 и 10. Постоянный расход газа в системе обеспечивается стабилизатором 13, а разделение потока на две части стимулируется побудителем 14.Inert gas from the
Аналитический сигнал, представляющий собой изменение во времени ионного тока кислорода с момента ввода жидкой пробы в камеру 7 сжигания, фиксируется с помощью блока 16 сопряжения компьютером 17, который осуществляет математическую обработку сигнала. The analytical signal, which is a change in time of the ion current of oxygen from the moment the liquid sample is introduced into the
Способ определения общего содержания органических веществ в воде осуществляют следующим образом. The method for determining the total content of organic substances in water is as follows.
Устанавливают давление газа носителя, равное 2-2,5 атм. Задают общий расход газа в системе равным 2-3 см3/с путем перекрытия отверстия 24. При этом дроссель 12 открыт. Включают побудитель 14 при открытых отверстии 24 для ввода пробы и дросселе 12. Устанавливают расход на выходе системы 0,6-1,6 см3/с, измеряя его расходомером 15. С помощью дозирующей КТЭЯ 4 вводят кислород из атмосферы в поток инертного газа, одновременно из инертного газа выводят кислород с помощью измерительной КТЭЯ 10, работающей в кулонометрическом режиме, и определяют величину фонового ионного тока кислорода. Пропуска через дозирующую КТЭЯ 4 стабилизированный ток, добиваются того, чтобы величина тока Io, проходящего через измерительную ячейку 10, находилась в диапазоне значений 1-3 мА, что соответствует оптимальным уровням регистрации значений термического потребления кислорода (ТПК) порядка 100 мг О2/л (по аналогии с химическим потреблением кислорода (ХПК)).Set the pressure of the carrier gas equal to 2-2.5 atm. Set the total gas flow in the system equal to 2-3 cm 3 / s by blocking the
Предварительно отобранную пробу воды объемом 1-10 мкл с помощью прецизионной пипетки через отверстие 24 впрыскивают в кювету 9. Кювету 9 с пробой вводят в камеру 7 сжигания, нагретую в центральной зоне до 800-850оС, и фиксируют измерительной ячейкой 10 изменение ионного тока кислорода во времени. На кривой изменения регистрируют максимальную величину значения ионного тока Imax, определяют разницу между Io и Imax, равную ΔI и время τо, прошедшее с момента начала изменения ионного тока до момента возвращения его величины к первоначальному значению Io.Pre-selected water sample volume 1-10 .mu.l using a precision pipette through the
Изменяя величину тока, проходящего через дозирующую ячейку 4, добиваются того, чтобы величина тока, проходящего через измерительную КТЭЯ 10, составляла величину I'o=K ΔI, где K=1-1,9. Впрыскивают анализируемую пробу воды в кювету 9, ступенчато вводят кювету 9 в камеру 7 сжигания, осуществляя предварительный нагрев пробы в низкотемпературной зоне камеры 7 (100оС) и окончательный нагрев в центральной зоне камеры 7. Измеряют аналитический сигнал, представляющий собой изменение во времени ионного тока кислорода с момента ввода жидкой пробы в камеру 7 сжигания (в ее высокотемпературную зону). Площадь под кривой изменения ионного тока кислорода со временем (согласно закону Фарадея) пропорциональна количеству кислорода, затраченному на окисление. Кинетику процесса окисления можно наблюдать на экране дисплея.By changing the magnitude of the current passing through the
Результат анализа представляет собой количество кислорода (мг), необходимое для окисления органики, находящейся в единице объема пробы (л), и определяется по формуле (2). The result of the analysis is the amount of oxygen (mg) required for the oxidation of the organic matter per unit volume of the sample (l), and is determined by the formula (2).
По величине определенного количества кислорода судят о содержании органических веществ в воде. By the value of a certain amount of oxygen, the content of organic substances in water is judged.
П р и м е р 1. Проведен опыт по определению фенола в воде. Устанавливают давление инертного газа на выходе из баллона 1 равным 2,5 атм. PRI me
Для анализа использовалась проба 0,01%-ного раствора фенола в воде объемом 5 мкм. For analysis, a sample of a 0.01% solution of phenol in water with a volume of 5 μm was used.
Когда известен состав пробы и ее количество, предварительный анализ пробы не проводят, а определяют кислородную окисляемость (т.е. количество кислорода, необходимого для окисления анализируемой пробы) расчетом по уравнению химической реакции окисления и на основании расчетного значения окисляемости по уравнению (2) определяют необходимую концентрацию в потоке и по уравнению (6) ионный ток Io.When the composition of the sample and its quantity are known, the preliminary analysis of the sample is not carried out, but the oxygen oxidation (i.e., the amount of oxygen necessary for the oxidation of the analyzed sample) is determined by calculation according to the equation of the chemical reaction of oxidation and based on the calculated value of oxidation according to equation (2), the necessary concentration in the stream and according to equation (6) the ion current I o .
Теоретическое значение количества кислорода, необходимого для полного окисления фенола, содержащегося в данной пробе, составляет 238 мг О2 на 1 л пробы. С помощью дросселей 3 и 12 устанавливают расход газа в системе, равный 1,4 см3/с. Дозирующей ячейкой 4 устанавливают величину ионного тока кислорода в потоке I'o=Io, равную 1,6 · 10-3 мА, что соответствует концентрации кислорода в потоке порядка 0,2 мг/л. Прецизионной миркропипеткой отбирают пробу 5 мкл и через отверстие 24 вводят пробу в кювету 9.The theoretical value of the amount of oxygen required for the complete oxidation of phenol contained in this sample is 238 mg O 2 per 1 liter of sample. Using
Вводят ступенчато кювету 9 с пробой в камеру 7 сжигания со скоростью порядка 5 мм/с с 60-секундной остановкой в низкотемпературной зоне камеры 7 растворенного кислорода. A
Получают кинетическую кривую процесса окисления в координатах ионный ток I (в микроамперах) время τ (в секундах) (фиг. 2) при анализе пробы с содержанием фенола 0,01% Появление двух пиков на кривой связано с наличием различных фракций фенола в пробе, обладающих различной кинетикой и температурой окисления (самая нижняя строка на фиг. 2 меню управляющих команд). A kinetic curve of the oxidation process is obtained in coordinates of the ion current I (in microamperes) time τ (in seconds) (Fig. 2) when analyzing a sample with a phenol content of 0.01%. The appearance of two peaks in the curve is due to the presence of different phenol fractions in the sample having different kinetics and oxidation temperature (the bottom line in Fig. 2 menu of control commands).
Определяют площадь под кривой изменения ионного тока кислорода и вычисляют количество кислорода, пошедшее на сжигание данной пробы, по формуле (2). The area under the curve of changes in the ionic current of oxygen is determined and the amount of oxygen used to burn this sample is calculated by the formula (2).
Определяют термическое потребление кислорода (ТПК) в расчете на единицу объема пробы (на 1 л). Полученное из графика (фиг. 2) значение ТПК составляет 214 мг О2/л (расчетное значение ХПК 238 мг О2/л).The thermal oxygen consumption (TPK) is determined per unit volume of the sample (per 1 liter). The TPK value obtained from the graph (Fig. 2) is 214 mg O 2 / L (calculated COD value is 238 mg O 2 / L).
Результаты аналогичных примеров определения ТПК для растворов фенола различной концентрации в воде приведены в таблице. The results of similar examples of the determination of TPK for phenol solutions of various concentrations in water are given in the table.
Как видно из таблицы, результаты анализов, приведенных предлагаемым способом, в достаточно широком интервале концентраций (2 · 10-2 3 · 10-3) хорошо совпадают с расчетными, что свидетельствует о полном сгорании органики. Судя по величине относительного стандартного отклонения Sr, способ особенно точен при анализе загрязненных вод (природных или сточных), для которых величина ХПК, как правило, 100 мг О2/л.As can be seen from the table, the results of the analyzes given by the proposed method in a fairly wide range of concentrations (2 · 10 -2 3 · 10 -3 ) are in good agreement with the calculated ones, which indicates complete combustion of the organic matter. Judging by the value of the relative standard deviation Sr, the method is especially accurate in the analysis of contaminated water (natural or waste), for which the COD value is usually 100 mg O 2 / L.
При высоких концентрациях органических веществ в пробе может наблюдаться занижение результатов анализа по сравнению с расчетным из-за неполного сгорания. At high concentrations of organic substances in the sample, an underestimation of the results of the analysis can be observed compared to the calculated one due to incomplete combustion.
Предложенные способ и устройство позволяют определять суммарное содержание органического вещества в воде, окисляемость которой находится в диапазоне 10-1000 мг О2/л с относительным стандартным отклонением 0,15 по измерению химического потребления кислорода (ХПК). В отличие от общепринятых способов предложенный способ абсолютный, экспрессный (1-2 мин), не требует градуировки и предварительной пробоподготовки.The proposed method and device allows to determine the total content of organic matter in water, the oxidizability of which is in the range of 10-1000 mg O 2 / L with a relative standard deviation of 0.15 for measuring chemical oxygen demand (COD). Unlike conventional methods, the proposed method is absolute, express (1-2 min), does not require graduation and preliminary sample preparation.
Указанный диапазон окисляемости гарантирует полноту сжигания проб и правильность получаемых результатов анализа. Предложенное устройство автоматизировано и просто в обращении. The specified range of oxidizability guarantees the completeness of combustion of samples and the correctness of the obtained analysis results. The proposed device is automated and easy to use.
Claims (2)
где Im a x - максимальное изменение ионного тока кислорода;
F - число Фарадея;
Q - расход газа в системе,
устанавливают концентрацию кислорода в газовой смеси равной Cm a x, вводят анализируемую пробу в низкотемпературную зону камеры сжигания при t2 = 85 - 115oС, выдерживают последнюю в течение времени, необходимого до достижения установленного значения концентрации кислорода, с последующим сжиганием пробы в высокотемпературной зоне камеры сжигания при t1 = 800 - 850oС и определяют количество потребленного на сжигание кислорода по формуле
где Vо - объем реакционной зоны;
Ci - текущая концентрация кислорода.1. The method of determining the total organic matter content in water by burning a sample in a stream of an inert gas and oxygen mixture in the combustion chamber and then determining the content of the determined organic substances by changing the oxygen content using a solid electrolyte cell with oxygen conductivity, characterized in that to determine the change in the content oxygen using a coulometric solid electrolyte cell, carry out the burning of a pre-selected analyzed sample at t 1 = 800 - 850 o C in a gas mixture stream with an oxygen concentration in the range of 1 - 10 - 2 mg / l, determine the time τ o changes in oxygen concentration and the magnitude of the maximum change in oxygen concentration according to the formula
where I m a x is the maximum change in the ion current of oxygen;
F is the Faraday number;
Q is the gas flow rate in the system,
set the oxygen concentration in the gas mixture equal to C m a x , introduce the analyzed sample into the low temperature zone of the combustion chamber at t 2 = 85 - 115 o C, maintain the latter for the time necessary to reach the set oxygen concentration, followed by burning the sample in high temperature zone of the combustion chamber at t 1 = 800 - 850 o C and determine the amount of oxygen consumed for combustion by the formula
where V about - the volume of the reaction zone;
C i - current oxygen concentration.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU93031177A RU2053507C1 (en) | 1993-06-24 | 1993-06-24 | Method of determination of total content of organic substances in water and device for its implementation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU93031177A RU2053507C1 (en) | 1993-06-24 | 1993-06-24 | Method of determination of total content of organic substances in water and device for its implementation |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU93031177A RU93031177A (en) | 1995-09-20 |
RU2053507C1 true RU2053507C1 (en) | 1996-01-27 |
Family
ID=20143194
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU93031177A RU2053507C1 (en) | 1993-06-24 | 1993-06-24 | Method of determination of total content of organic substances in water and device for its implementation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2053507C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2478200C1 (en) * | 2011-10-26 | 2013-03-27 | Учреждение Российской академии наук Ордена Ленина и Ордена Октябрьской Революции Институт геохимии и аналитической химии В.И. Вернадского РАН (ГЕОХИ РАН) | Device for sample supply to reactor |
CN109387009A (en) * | 2017-08-14 | 2019-02-26 | 宁波方太厨具有限公司 | A kind of refrigerator |
RU2794417C1 (en) * | 2022-06-06 | 2023-04-17 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Ленина и Ордена Октябрьской революции Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского Российской академии наук (ГЕОХИ РАН) | Method for study of organic substances, mostly characteristics of oxidative thermal destruction of organic polymers |
-
1993
- 1993-06-24 RU RU93031177A patent/RU2053507C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
1. DE N 3738353, кл. G 01N 27/46, 89.04.13. 2. GB N 1446827, кл. G 01N 27/46, 76.08.18. * |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2478200C1 (en) * | 2011-10-26 | 2013-03-27 | Учреждение Российской академии наук Ордена Ленина и Ордена Октябрьской Революции Институт геохимии и аналитической химии В.И. Вернадского РАН (ГЕОХИ РАН) | Device for sample supply to reactor |
CN109387009A (en) * | 2017-08-14 | 2019-02-26 | 宁波方太厨具有限公司 | A kind of refrigerator |
CN109387009B (en) * | 2017-08-14 | 2024-01-16 | 宁波方太厨具有限公司 | Refrigerator with a refrigerator body |
RU2794417C1 (en) * | 2022-06-06 | 2023-04-17 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Ленина и Ордена Октябрьской революции Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского Российской академии наук (ГЕОХИ РАН) | Method for study of organic substances, mostly characteristics of oxidative thermal destruction of organic polymers |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10309950B2 (en) | Test-element for a mobile water analysis arrangement | |
Ranger | Flow injection analysis. Principles, techniques, applications, design | |
US5817954A (en) | Automated analyzing apparatus for measuring water quality with a cylinder-shaped syringe unit | |
EP3141895B1 (en) | Nitrogen analysis device | |
RU2053507C1 (en) | Method of determination of total content of organic substances in water and device for its implementation | |
US20060163087A1 (en) | Reaction conditions sensor | |
EP0075467A1 (en) | Method for analyzing total trace nitrogen | |
US4279727A (en) | Device for measuring the emission of gaseous inorganic fluorine or chlorine compounds | |
CN208537381U (en) | A kind of synchronous sampling device | |
US11397141B2 (en) | Method for diluting a sample liquid and dilution unit for a subsequent analysis | |
Allabashi et al. | Validation of three atomic absorption spectrometric methods for the determination of selenium–a comparative evaluation of performance characteristics | |
JPH11304711A (en) | Automatic calibration method and apparatus in three-phase nitrogen analysis in water | |
CN205958458U (en) | A hydride generation device for atomic fluorescence spectrometer | |
JP2007108064A (en) | Specimen forming material and absorption analyzer equipped with film made of the same specimen forming material | |
RU84566U1 (en) | DEVICE FOR DETERMINING THE CONTENT OF ORGANIC SUBSTANCES IN LIQUID AND SOLID SAMPLES | |
JP2000146942A (en) | Device for measuring concentration of nitrogen in water | |
RU2797643C1 (en) | Formaldehyde gas analyzer | |
JP2001124757A (en) | Self diagnosis method of system in trimorphic nitrogen- analyzing system | |
WO2024122082A1 (en) | Method and device for preparing solution for quantitative analysis | |
Cantle | Practical techniques | |
Bulatov et al. | Concept of equilibrium flow-through methods: cyclic injection analysis and its analytical potential | |
JP3911821B2 (en) | Ion concentration measuring device | |
RU2166192C2 (en) | Method and device for mineralization of samples for determining space minerals in liquid hydrocarbons | |
CN114858772A (en) | Method for rapidly determining total mercury in soil | |
Erber et al. | New universal quartz burner for decomposition of samples by the Wickbold combustion technique in determination of arsenic, antimony, selenium, mercury, and lead |