HU182748B - Electrochemical method and apparatus for determining the partial pressure of vapor content of gases - Google Patents

Description

A találmány tárgya elektrokémiai eljárás és berendezés gázok vizgőztartalma parciális nyomásának meghatározására.

Gázok vizgőztartalma parciális nyomásának meghatározására ismeretes egy eljárás /lásd a 2.8J0.945 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírást/, amelyben az analizálandó gázt speciális felépítésű elektrokémiai cellán vezetik keresztül. Ennek során a gázminta vízgőzét erősen higroszkópikus oldatban abszorbeálják és ezután elektromechanikus módszerrel oxigénre éa hidrogénre bontják fel. Az analizálandó gáznál a tömegáramot állandó értéken tartják. A vízgőz parciális nyomását a Faraday-törvény szerint a cellán átfolyó gáz-tömegáram alapján számítják ki. Az ismert eljárás csak a gázokban lévő vízgőz nagyon alacsony parciális nyomásának meghatározására alkalmazható. Az analízist folyamatesan és teljesen automatizálva lehet elvégezni.

A fenti eljárás egyik hátránya abban van, hogy az analizálandó gáznak az elektrokémiai cellán átfolyó tömegáramát állandó értéken kell tartani, éspedig a gáz fajtájától és hőmérsékletétől függetlenül. Jelentős az a minimális mennyiségű gáz, ami az egyes analízisekhez szükséges. A gáz áthaladásának fenntartásához és felügyeletéhez speciális berendezésekre van szükség.

Ismeretes a gázokban lévő vizgőz parciális nyomásának elektrokémiai módszerrel történő meghatározására vonatkozó ismert eljáráshoz egy berendezés, amely max. 80 V-os egyenáramú tápforráshoz sorosan kapcsolt, speciális elrendezésű elektrokémiai cellával és egy nagyon kis aramu mérőrendszerrel van ellátva. A gázminta egy tartályból folyik az állandó tömegáramot fenntartó berendezésbe, amely az átfolyó tömeget mérő műszerrel van ellátva, és a gázminta ezután lép be az elektrokémiai cellába. Maga a cella egy szigetelőanyagból készült,^-800 mm hosszú, vastag csőből áll, amelyben két darab, egymással párhuzamosan, csigavonalszerüen feltekert, 0,1 mm átmérőjű platinahuzal· van elhelyezve. A tekercsek közötti 0,1 mm-es tér foszforpentoxid koncentrált oldatával van megtöltve.

Az ismert berendezés a végrehajtandó eljárás összetettsége miatt nagyon bonyolult. Ezenkívül az elektrokémiai cella nagyon hosszú, emiatt annak előállítása nagyon nehéz. Jelentős a cellához szükséges platina mennyisége ia.

A találmány elé kitűzött feladat olyan eljárás kidolgozása gáz halmazállapotú közegben lévő vizgőz parciális nyomásának meghatározására, amelynél nincs szükség gázcirkulációra, és a, nedvességtartalmat a tér minden helyén meg lehet mérni. A találmány olyan berendezést hoz létre, amelynek működtetése előnyös, előállítása pedig egyszerű.

A kitűzött feladatot a találmány szerint olyan, gáz halmazállapotú közegekben lévő vizgcz parciális nyomásának meghatározására vonatkozó eljárás kidolgozásával oldottuk me^, amelynek során a gázt félig áteresztő gázdiffuziós membrán e^yik oldalával érintkezésbe hozzuk. A gáz vizgőztartalma a membránon keresztül végbemenő diffúzió utár erősen higr oszkópikus elektrolitoldatban abszorbeálódik, mely oldat a zárt térben a membrán másik oldalán van elhelyezve. Ezután elektrokémiai bontást hajtunk végre két közömbös elektródán, amelyeket ellentétesen polarizálunk és a higroszkópikus elektrolitoldattal érintkeztetünk. A cellán átfolyó áram egyenesen arányos az analizált gázban lévő:vizgőz parciális nyomásával, mint az Fick első törvé-2182.748 nyéből is következik abban az esetben, amikor azt egy diffúzióra korlátozott folyamatra alkalmazzuk. Az elektrolízis gáz hal-, mazálla^otu termékei a gázdiffuziós membránon keresztül visszadiffundalnak az analizált gáz mennyiségébe.

A gáz halmazállapotú közegek vlzgőztartalma parciális nyomásának meghatározására kifejlesztett berendezés a találmány szerint egy speciális elrendezésű elektrokémiai cellából, egy

2-80 V-os feszültségű egyenáramú tápforrásból· és egy árammérőből áll. Maga a cella egy házból áll, amelyben porózus szeparátor van elhelyezve. A szeparátor erősen higroszkópikus anyaggal teljesen át van itatva. A szeparátor két oldalánál két Siebel-elektróda van szimmetrikusan,elhelyezve. Mindkét elektróda egy vagy több, meghatározott gázáteresztő tulajdonságú féligáteresztő gázdiffúziós·membránnal van a környezeti légkörtől elszigetelve. A cellaházaknál· a gázdiffúziós membránok két O-gyürüvel vannak tömitve. A gázdiffuziós membránok porózus részenek porozitása közepes, 10^-9 és 10”' m között van.

A találmány szerinti eljárás előnye abban van, hogy. sem állandó gáz tömegáramra, sem pedig ennek a tömegáramnak a figyelését végző berendezésre nincs szükség. Az eljárás lehetővé teszi, hogy az ismert eljárásoknál szükséges minimális mennyiségnél egy nagyságrenddel kisebb mennyiségű gázmíntát analizáljunk.

A találmány szerinti berendezés működését és felépítését tekintve egyaránt lényegesen egyszerűbb az ismert berendezéseknél. Az elektrokémiai cella, amely a berendezés érzékelője, könnyen előállítható és nagyon kicsi. Az érzékelő kis mérete lehetővé teszi, hogy a gáztömeg minden részén megmérjük a nedvességet. Sokkal kisebb tömegű közömbös fémre van szükség az elektródák előállításához* mint az ismert berendezések esetében. A gázdiffuziós membránok speciálisan kiválasztott felépítéséből adódóan a cellaáram a hőmérséklet és a vizsgálandó gá2 fajtájának függvényében elhanyagolható mértékben változik meg.

A találmány szerinti berendezést példakénti kiviteli alak kapcsán, a mellékelt rajz alapján Ismertetjük részletesebben, ahol az 1. ábrán a berendezés metszetben látható.

A berendezés részei a következők:

elektrokémiai cella, 40 V-os 2 egyenáramú tápforrás és 3 mikroampermérő, amelyek egymással sorba vannak kapcsolva. Az 1 elektrokémiai cella házból áll* amelyben porózus 4 szeparátor van elhelyezve, és a 4 szeparátor foszforpentoxid,koncentrált oldatával van teljesen átitatva. A 4 szeparátor két darab platinából készült 5 Siebel-elektróda között van elrendezve. Mindkét 5 Siebel-elektróda két darab porózus 6, 7 gázdiffuziós membránnal van a környezeti légkörtől elszigetelve. A belső 6 gázdiffuziós membrán nagy gázateresztő tulajdonságú és jó szigetelési tulajdonságokkal rendelkezik. A külső 7 gázdiffuziós membrán gázáteresztesét pontosan meghatározott értékűre választjuk meg, éspedig a belső 6 gázdiffuziós membránénál lényegesen kisebbre, úgyhogy ez a membrán korlátozza a vízgőznek a környezeti légkörből az elektródákba történő diffúziós sebességét. A 8 tömítőgyűrűk akadályozzák meg a gázok elillanását a membrántartományon kívüli részekről.

A találmányt a bemutatott kiviteli példa kapcsán ismertetjük részletesebben.

A vízgőzök parciális nyomásának meghatározásához olyan berendezést alkalmazunk, amely egy elektrokémiai cellából egy 30 V-os stabilizált egyenirányítóból és egy 60 mV-os mérési

-3182.748 tartományú ni ki oamperucr öböl áll, amely shunt-készlettel van ellátva. Aa 1 elektrokémiai cella egy polipropilén házból áll, amelyben ogy polipropilénből készült, 0,1 mm átmérőjű porózus 4 szeparátor van elhelyezve, amely foszforpentoxid koncentrált vizes oldatával teljesen át van Itatva, továbbá két darab platina 5 Siebel-elektródából, amelyek 0,05 mm-es szálból vannak 3zőve, valamint 6, 7 gázdiffuziós membránokból, amelyek vegyileg tiszta szén és politetrafluoretilén keverékéből vannak előállítva, és a porózus szerkezet porózitása közepes, 10”° m sugarú.

Ennek a berendezésnek sok példányát vizsgáltuk egy teljes éven át, különböző gázkeverékekben, amelyek oxigént, nitrogént, széndioxidot, argont, kéndioxidot es hidrogénkloridőt tartalmaztak. Megállapítottuk, hogy a cellaáram és a vízgőz parciális nyomása között a 10 - 5 x 10^iv ppm /pár pro millión/ tartományban lineáris összefüggés áll fenn. A vizgőz-koncentráció alsó határa, amelyet kielégítő pontossággal meg lehet határozni, 1 ppm-néí van. A mérések honiéra éfeletfüggése nagyon kicsi és 0,ΙΟ,15 %/°C között változik. Az egy évig tartó kísérletek végen nem mutatkozott semmiféle változás a berendezés érzékenységét illetően.

Claims (3)

1. Szabadalmi igénypontok

   1. Elektrokémiai eljárás gázok viz^őztartalma parciális nyomásának meghatározására, amelynek során a gáz halmazállapotu közeg vizgőzét erősen higroszkópikus oldattal abszorbeáltatjuk, majd elektrokémiai utón oxigénre és hidrogénre bontjuk, azzal jellemezve, hogy az analizálandó gázt félig áteresztő gázdiffuziós membrán egyik oldalával érintkezésbe hozzuk, és a gázban lévő vizgőzt igy a membránon keresztül diffundáltatjuk, majd erősen higroszkópikus elektrolittal abszorbeáltatjuk, amelyet a membrán másik oldalával érintkeztetünk, és hogy az abszorbeált vizet két egymással e?JLentétesen polarizált, a higroszkópikus elektrolittal érintkezésben álló,semleges elektródával elektromechanikusán bontunk, ezzel a gázmintaban lévő vízgőz parciális nyomásával egyenesen arányos áramot hozunk létre a cellán, és hogy a bontási termékeket visszadiffundáltatjuk az analizálandó gáz mennyiségébe.
2. 2. Berendezés gázok vizgőztartalma parciális nyomásának meghatározására, amely villamosán sorbakapcsolt elektrokémiai cellából, egyenáramú tápforrásból és gyengeáramú mérőrendszerből áll, azzal jellemezve, hogy az elektrokémiai cella /1/ házat tartalmaz, amelyben lapos szeparátorlemez /4/ van elhelyezve, amely erősen higroszkópikus elektrolitoldattal van teljesen átitatva és két darab semleges, hálószerkezetü Siebel-elekfcróda /5/ között van elhelyezve, s Siebel-elektródák /5/ pedig egy-egy gázdiffuziós membránnal /6, 7/ vannak a környezeti légkörtől elválasztva.
3. 3. A 2. igénypont szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy_qa gázdiffuziós membránok /6, 7/ pórusainak közepes sugara 10”“ és 10-7 _m között van_f