RU2092830C1 - Microprocessor voltage-current analyzer of heavy metals - Google Patents
Microprocessor voltage-current analyzer of heavy metals Download PDFInfo
- Publication number
- RU2092830C1 RU2092830C1 RU95121923/25A RU95121923A RU2092830C1 RU 2092830 C1 RU2092830 C1 RU 2092830C1 RU 95121923/25 A RU95121923/25 A RU 95121923/25A RU 95121923 A RU95121923 A RU 95121923A RU 2092830 C1 RU2092830 C1 RU 2092830C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- module
- unit
- output
- digital
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области аналитической химии и может быть использовано для анализа содержания тяжелых металлов в водных пробах методом полярографии. The invention relates to the field of analytical chemistry and can be used to analyze the content of heavy metals in aqueous samples by polarography.
Известны полярографы постоянного и переменного тока (авт.св. N 1006988, 1983 г. N 1053497, 1983 г. и N 981882, 1982 г. кл. G 01 N 27/48), содержащие аналоговые генераторы линейно- меняющегося и переменного напряжения, потенциостат, усилитель низкой частоты, электрохимическую ячейку, фильтр и регистратор. Принцип работы этих приборов основан на регистрации активной составляющей переменного тока ячейки, складывающейся из полезного тока, вызванного электрохимической реакцией, и тока фона остаточного тока, который определяется в первую очередь протекающим через двойной электрический слой (ДЭС) ячейки емкостного тока и тока некомпенсируемых примесей в электролите, как функции линейно меняющегося напряжения на ячейке. Known polarographs of direct and alternating current (ed. St. N 1006988, 1983 N 1053497, 1983 and N 981882, 1982, class G 01 N 27/48), containing analog generators of linearly varying and alternating voltage, potentiostat, low-frequency amplifier, electrochemical cell, filter and recorder. The principle of operation of these devices is based on the detection of the active component of the alternating current of the cell, consisting of the useful current caused by the electrochemical reaction, and the background current of the residual current, which is determined primarily by the capacitive current cell and the current of uncompensated impurities in the electrolyte flowing through the double electric layer (DEL) as a function of a linearly varying voltage across the cell.
Одним из основных недостатков известных полярографов является невозможность обрабатывать аналитический сигнал и получать непосредственно количественные параметры содержания тяжелых металлов. One of the main disadvantages of the known polarographs is the inability to process the analytical signal and to obtain directly quantitative parameters of the content of heavy metals.
Другим их недостатком является то, что для повышения чувствительности и точности измерений используется способ компенсации емкостного тока или способы разностной вольтамперометрии на двух электродах, при этом некомпенсируемое суммарное сопротивление в цепи исследуемого электрода существенно нарушает правильность компенсации емкостного тока, а в случае разностного варианта неидентичность поверхностей электродов также является причиной больших ошибок в компенсации. Another drawback is that to increase the sensitivity and accuracy of measurements, a method for compensating capacitive current or methods of differential voltammetry on two electrodes is used, while the uncompensated total resistance in the circuit of the electrode under study significantly violates the correctness of compensation for capacitive current, and in the case of a difference variant, the electrode surfaces are not identical also causes large errors in compensation.
Известное "Устройство для автоматического электрохимического анализа многокомпонентных растворов" (авт.св. N 851247б кл. G 01 N 27/26, 1981 г.) выбрано в качестве прототипа. Оно содержит электрохимическую ячейку с индикаторным вращающимся и вспомогательным электродами и электродом сравнения, блок задания тока и времени катодного осаждения, блок измерения потенциала, блок переключения скорости вращения, источник постоянного тока, узел формирования сигналов управления скоростью вращения индикаторного электрода, решающий блок и блок индикации результатов. The well-known "Device for automatic electrochemical analysis of multicomponent solutions" (ed. St. N 851247b CL G 01 N 27/26, 1981) is selected as a prototype. It contains an electrochemical cell with an indicator rotating and auxiliary electrodes and a reference electrode, a unit for setting the current and time of cathode deposition, a potential measuring unit, a rotation speed switching unit, a constant current source, an indicator electrode rotational speed control signal generation unit, a decision unit and a result display unit .
Однако известное устройство обладает низкой точностью измерения концентрации определяемых элементов. Низкая точность измерения связана с тем, что выделить и обработать необходимые временные интервалы растворения всех веществ бывает затруднительно из-за нечетких границ этих интервалов. However, the known device has a low accuracy of measuring the concentration of the determined elements. Low measurement accuracy is associated with the fact that it is difficult to isolate and process the necessary time intervals for the dissolution of all substances due to the fuzzy boundaries of these intervals.
Задача изобретения состоит в создании микропроцессорного вольамперометрического анализатора тяжелых металлов АВС-1, позволяющего автоматизировать процесс анализа и сократить его время с одновременным повышением точности и чувствительности измерений за счет использования программного управления параметрами развертки поляризующего напряжения, цифровой регистрации токового сигнала и его последующей математической обработки и хранения. The objective of the invention is to create a microprocessor voltammetric analyzer of heavy metals ABC-1, which allows you to automate the analysis process and reduce its time while increasing the accuracy and sensitivity of measurements through the use of software control parameters of the scan polarizing voltage, digital recording of the current signal and its subsequent mathematical processing and storage .
Поставленная задача решается тем, что в микропроцессорном вольтамперометрическом анализаторе АВС-1, содержащем трехэлектродную электрохимическую ячейку, включающую рабочий электрод, вспомогательный электрод и электрод сравнения, и блок управления вращением рабочего электрода, трехэлектродная электрохимическая ячейка и блок управления вращением рабочего электрода выполнены в виде единого блока электрохимического датчика, анализатор снабжен потенциостатом, аналоговым сумматором, цифро-аналоговым преобразователем (ЦАП) линейно меняющегося напряжения, цифро-аналоговым преобразователем переменного напряжения, устройством разрыва входной цепи, входным усилителем-преобразователем, устройством выбора режима развертки, схемой выборки/хранения, аналого-цифровым преобразователем (АЦП) и микропроцессорным блоком, включающим модуль управления входными устройствами, модуль синхронного детектора, модуль цифрового фильтра, модуль буфера накопления, модуль алфавитно-цифрового дисплея, модуль обслуживания алфавитно-цифрового дисплея, модуль индикации, модуль связи с внешними устройствами, состоящий из модуля порта последовательной передачи данных и модуля порта параллельной передачи данных, и блок постоянной памяти, содержащий задающий генератор линейно меняющегося напряжения, задающий генератор переменного напряжения, модуль редактирования параметров развертки, программный таймер, модуль выбора режима работы и модуль цифровой обработки, один из входов которого соединен с соответствующим выходом модуля выбора режима работы, второй вход модуля цифровой обработки соединен с выходом модуля буфера накопления, один из входов которого соединен с выходом модуля цифрового фильтра, второй вход модуля буфера накопления подключен к одному из выходов АЦП, другой выход которого через модуль синхронного детектора соединен с одним из входов модуля цифрового фильтра, другой вход которого подключен к одному из выходов модуля выбора режима работы, второй вход модуля синхронного детектора соединен со вторым выходом модуля выбора режима работы, третий выход которого через программный таймер соединен с соответствующими входами задающего генератора линейно меняющегося напряжения и задающего генератора переменного напряжения, вторые входы которых подключены к соответствующим выходам модуля редактирования параметров развертки, вход которого объединен с входом модуля выбора режима работы и подключены к выходу модуля обслуживания алфавитно-цифрового дисплея, четвертый выход модуля выбора режима работы соединен с одним из входов модуля индикации, другой вход которого подключен к третьему выходу программного таймера, четвертый выход которого соединен со входом модуля управления входными устройствами, а пятый выход программного таймера подключен к третьему входу модуля синхронного детектора, один из выходов модуля цифровой обработки соединен с модулем алфавитно-цифрового дисплея, второй и третий выходы модуля цифровой обработки подключены соответственно к модулю порта последовательной передачи данных и к модулю порта параллельной передачи данных, выход модуля управления входными устройствами соединен одновременно с соответствующими входами последовательно соединенных АЦП, схемы выборки/хранения, устройства выбора режима развертки, входного усилителя-преобразователя и устройства разрыва входной цепи, выход модуля управления входными устройствами соединен также с одним из входов блока управления вращением рабочего электрода, входящего в блок электрохимического датчика и соединенного одновременно с соответствующим входом устройства разрыва входной цепи и с рабочим электродом электрохимической ячейки, вспомогательный электрод и электрод сравнения которой подключены к соответствующим выходам потенциостата, включенного последовательно с аналоговым сумматором, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами ЦАП линейно меняющегося напряжения и ЦАП переменного напряжения, образующие упомянутый цифроаналоговый преобразователь, первые входа ЦАП линейно меняющегося напряжения и ЦАП переменного напряжения объединены и подключены к выходу задающего генератора линейно меняющегося напряжения, а вторые их объединенные входы подключены к выходу задающего генератора переменного напряжения. The problem is solved in that in the ABC-1 microprocessor-based voltammetric analyzer containing a three-electrode electrochemical cell including a working electrode, an auxiliary electrode and a reference electrode, and a working electrode rotation control unit, a three-electrode electrochemical cell and a working electrode rotation control unit are made in the form of a single unit electrochemical sensor, the analyzer is equipped with a potentiostat, an analog adder, a digital-to-analog converter (DAC) linearly voltage, digital-to-analog AC voltage converter, input circuit breaker, input amplifier-converter, sweep mode selector, sampling / storage circuit, analog-to-digital converter (ADC) and microprocessor unit including input devices control module, synchronous detector module , digital filter module, accumulation buffer module, alphanumeric display module, alphanumeric display maintenance module, display module, external communication module devices, consisting of a serial data port module and a parallel data port module, and a read-only memory block containing a ramp oscillator, an alternating voltage oscillator, a scan parameter editing module, a program timer, an operating mode selection module, and a digital processing module , one of the inputs of which is connected to the corresponding output of the mode selection module, the second input of the digital processing module is connected to the output of the buffer module power supply, one of the inputs of which is connected to the output of the digital filter module, the second input of the accumulation buffer module is connected to one of the ADC outputs, the other output of which is connected through the synchronous detector module to one of the inputs of the digital filter module, the other input of which is connected to one of the module outputs selection of the operating mode, the second input of the synchronous detector module is connected to the second output of the operating mode selection module, the third output of which is connected through the program timer to the corresponding inputs of the master oscillator a linearly varying voltage and a reference alternating voltage generator, the second inputs of which are connected to the corresponding outputs of the scan parameter editing module, the input of which is combined with the input of the operation mode selection module and connected to the output of the alphanumeric display service module, the fourth output of the operation mode selection module is connected to one from the inputs of the display module, the other input of which is connected to the third output of the program timer, the fourth output of which is connected to the input of the control module in one device, and the fifth output of the program timer is connected to the third input of the synchronous detector module, one of the outputs of the digital processing module is connected to the alphanumeric display module, the second and third outputs of the digital processing module are connected respectively to the serial data port module and the parallel port module data transmission, the output of the input device control module is connected simultaneously with the corresponding inputs of the ADCs connected in series, sampling / storage circuits, devices selecting a sweep mode, an input amplifier-converter, and an input circuit breaking device, the output of the input device control module is also connected to one of the inputs of the working electrode rotation control unit included in the electrochemical sensor unit and connected simultaneously with the corresponding input circuit breaker input device and with the working electrode an electrochemical cell, an auxiliary electrode and a reference electrode of which are connected to the corresponding outputs of the potentiostat connected in series with an analog adder, the first and second inputs of which are connected respectively to the outputs of the DAC of linearly varying voltage and the DAC of alternating voltage, forming the mentioned digital-to-analog converter, the first inputs of the DAC of linearly varying voltage and the DAC of alternating voltage are combined and connected to the output of the master oscillator of linearly varying voltage, and the second their combined inputs are connected to the output of the master alternating voltage generator.
Технический результат предлагаемого анализатора обеспечивается совокупностью новых существенных признаков и связями между ними, к которым относятся выполнение трехэлектродной электрохимической ячейки и блока управления вращением рабочего электрода в виде единого блока электрохимического датчика, а также введение в анализатор потенциостата, аналогового сумматора, цифроаналогового преобразователя линейно меняющегося напряжения, цифроаналогового преобразователя переменного напряжения, устройства разрыва входной цепи, входного усилителя-преобразователя, устройства выбора режима развертки, схемы выборки/хранения, аналого-цифрового преобразователя и микропроцессорного блока, включающего модуль управления входными устройствами, модуль синхронного детектора, модуль цифрового фильтра, модуль буфера накопления, модуль алфавитно-цифрового дисплея, модуль обслуживания алфавитно-цифрового дисплея, модуль индикации, модуль связи с внешними устройствами, состоящий из модуля порта последовательной передачи данных и модуля порта параллельной передачи данных, и блок постоянной памяти, содержащий генератор линейно меняющегося напряжения, задающий генератор переменного напряжения, модуль редактирования параметров развертки, программный таймер, модуль выбора режима работы и модуль цифровой обработки. The technical result of the proposed analyzer is provided by a set of new essential features and the relationships between them, which include the implementation of a three-electrode electrochemical cell and a control unit for rotating the working electrode in the form of a single unit of an electrochemical sensor, as well as the introduction of a potentiostat, an analog adder, a digital-to-analog converter of linearly varying voltage, digital-to-analog AC voltage converter, input circuit breaker, input converter-converter, sweep mode selection device, sampling / storage circuit, analog-to-digital converter and microprocessor unit, including input device control module, synchronous detector module, digital filter module, accumulation buffer module, alphanumeric display module, alphanumeric service module a digital display, an indication module, a communication module with external devices, consisting of a serial data port module and a parallel data port module, and a unit for a fixed memory comprising a linearly varying voltage generator, an alternating voltage generator, a scan parameter editing module, a software timer, an operation mode selection module, and a digital processing module.
Предложенная конструкция анализатора обеспечила выполнение по заданной программе алгоритма измерений всего процесса, анализа, обработки и выведения результата на индикатор в цифровой форме, что позволило полностью автоматизировать процесс анализа. The proposed analyzer design ensured that, according to a given program, the measurement algorithm of the entire process was analyzed, analyzed, processed, and the result displayed on the indicator in digital form, which made it possible to fully automate the analysis process.
Кроме того, возможность одновременной математической обработки общего сигнала, из которого вычитается вклад емкостной составляющей, обеспечивает повышение точности полезного сигнала, приводящее к повышению чувствительности и быстродействию анализатора в целом. In addition, the possibility of simultaneous mathematical processing of the common signal, from which the contribution of the capacitive component is subtracted, provides an increase in the accuracy of the useful signal, leading to an increase in the sensitivity and speed of the analyzer as a whole.
Дополнительное повышение точности анализа обеспечивается также за счет математической обработки, записанной в оперативную память вольтамперограммы, и за счет использования процедуры ее сглаживания, что повышает точность определения высот пиков вольтамперограммы. An additional increase in the accuracy of the analysis is also ensured by mathematical processing recorded in the operational memory of the voltammogram and by using the procedure of smoothing it, which increases the accuracy of determining the heights of the peaks of the voltammogram.
Таким образом, автоматизация процесса измерения и автоматическая обработка сигнала (поиск пиков определяемых элементов, расчет их высот, расчет концентрации определяемых элементов) привели к сокращению времени анализа. Thus, automation of the measurement process and automatic signal processing (search for peaks of the determined elements, calculation of their heights, calculation of the concentration of the determined elements) led to a reduction in the analysis time.
На фиг.1 представлена блок-схема предлагаемого анализатора; на фиг.2 (а, б, в, г) временная диаграмма и схемы, иллюстрирующие измерение полезного сигнала; на фиг.3 схема, иллюстрирующая процедуру сглаживания полезного сигнала. Figure 1 presents a block diagram of the proposed analyzer; figure 2 (a, b, c, d) time diagram and diagrams illustrating the measurement of the useful signal; 3 is a diagram illustrating a smoothing process of a desired signal.
Анализатор (фиг. 1) содержит блок электрохимического датчика 1, потенциостат 2, аналоговый сумматор 3, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) линейно меняющегося напряжения 4, ЦАП переменного напряжения 5, устройство разрыва входной цепи 6, входной усилитель-преобразователь 7, устройство выбора режима развертки 8, схему выборки/хранения 9, аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) 10, микропроцессорный блок 11. The analyzer (Fig. 1) contains an
Блок электрохимического датчика 1 включает трехэлектродную электрохимическую ячейку 12, содержащую рабочий электрод (а), электрод сравнения (б) и вспомогательный электрод (в), и блок управления вращением рабочего электрода 13. The block of the
Микропроцессорный блок 11 содержит блок постоянной памяти 14, включающий задающий генератор линейно меняющегося напряжения 15, задающий генератор переменного напряжения 16, модуль редактирования параметров развертки 17, программный таймер 18, модуль выбора режима работы 19 и модуль цифровой обработки 20, а также микропроцессорный блок 11 содержит модуль управления входными устройствами 21, модуль синхронного детектора 22, модуль цифрового фильтра 23, модуль буфера накопления 24, модуль алфавитно-цифрового дисплея 25, модуль обслуживания алфавитно-цифрового дисплея 26, модуль индикации 27, модуль связи с внешними устройствами 28, включающий модуль порта последовательной передачи данных 29 и модуль порта параллельной передачи данных 30. The microprocessor unit 11 comprises a read-only memory unit 14, including a ramp oscillator 15, an alternating voltage oscillator 16, a scan parameter editing module 17, a program timer 18, an operating mode selection module 19, and a digital processing module 20, as well as a microprocessor unit 11, input device control module 21, synchronous detector module 22, digital filter module 23, accumulation buffer module 24, alphanumeric display module 25, alphanumeric service module a digital display 26, an indication module 27, a communication module with external devices 28, including a serial data port module 29 and a parallel data port module 30.
Реализация предложенного анализатора обеспечена широкой применяемостью стандартных схем измерительно-вычислительной техники, а также использованием известного технического решения. The implementation of the proposed analyzer is ensured by the wide applicability of standard circuits of measuring and computing equipment, as well as the use of well-known technical solutions.
Так, трехэлектродная электрохимическая ячейка блока электрохимического датчика 1 выполнена по схеме, защищенной свидетельством на полезную модель (см. заявку на полезную модель N 94023193, поданную 29.06.94, решение о выдаче свидетельства на полезную модель от 14.03.95). So, the three-electrode electrochemical cell of the block of the
Потенциостат 2 выполнен на операционном усилителе типа, например, КР14ОУД8. Potentiostat 2 is made on an operational amplifier of the type, for example, KR14OUD8.
ЦАП линейно меняющегося напряжения 4 может быть выполнен на микросхеме К57ПВ1. DAC linearly varying voltage 4 can be performed on the chip K57PV1.
ЦАП переменного напряжения 5 может быть выполнен на микросхеме К57ПА1. DAC AC voltage 5 can be performed on the chip K57PA1.
Усилитель-преобразователь 7 может быть выполнен на схеме типа, например, КР14ОУД8. The amplifier Converter 7 can be performed on a type circuit, for example, KR14OUD8.
АЦП 10 может быть выполнен на микросхеме К573ПВ1. ADC 10 can be performed on the chip K573PV1.
Задающие генераторы линейно меняющегося напряжения 15 и переменного напряжения 16 могут быть выполнены на микросхемах КР573РФ60А и КМ573РФ8А. The master oscillators of the linearly varying voltage 15 and the alternating voltage 16 can be performed on the chips KR573RF60A and KM573RF8A.
Программный таймер 18 может быть выполнен на схеме кварц 12325. Software timer 18 may be performed on a quartz 12325 circuit.
Блок цифровой обработки 20 может быть выполнен на основе 8-разрядного микропроцессора, например, 280А и микросхем серии К555. The digital processing unit 20 can be made on the basis of an 8-bit microprocessor, for example, 280A and K555 series chips.
Модуль буфера накопления 24 может быть выполнен на микросхемах К565РУ5. The accumulation buffer module 24 can be performed on K565RU5 microcircuits.
Модули портов последовательной передачи данных 29 и параллельной передачи данных 30 могут быть выполнены на микросхемах КР580ВВ55А. The modules of the serial data transmission ports 29 and parallel data transmission 30 can be performed on the KR580VB55A microcircuits.
Рабочий электрод "а" трехэлектродной электрохимической ячейки 12 подключен одновременно к одному из входов блока управления вращением рабочего электрода 13 и к одному из входов устройства разрыва входной цепи 6, последовательно соединенного с усилителем-преобразователем 7, устройством выбора режима развертки 8, схемой выборки/хранения 9 и АЦП 10, вторые входы которых объединены между собой и со вторым входом блока управления вращением рабочего электрода 13 и подключены к выходу модуля управления входными устройствами 21. Вспомогательный электрод "в" и электрод сравнения "б" электрохимической ячейки 12 подключены к соответствующим выходам потенциостата 2, включенного последовательно с аналоговым сумматором 3, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами ЦАП линейно меняющегося напряжения 4 и ЦАП переменного напряжения 5, первые входы которых объединены и подключены к выходу задающего генератора линейно меняющегося напряжения 15, а вторые объединенные входы ЦАП 4 и ЦАП 5 подключены к выходу задающего генератора переменного напряжения 16. Один из входов модуля цифровой обработки 20 соединен с соответствующим выходом модуля выбора режима работы 19. Второй вход модуля цифровой обработки 20 соединен с выходом модуля буфера накопления 24, один из входов которого соединен с выходом модуля цифрового фильтра 23. Второй вход модуля буфера накопления 24 подключен к одному из выходов АЦП 10, другой выход которого через модуль синхронного детектора 22 соединен с одним из входов модуля цифрового фильтра 23, другой вход которого подключен к одному из выходов модуля выбора режима работы 19. Второй вход модуля синхронного детектора 22 соединен со вторым выходом модуля выбора режима работы, третий выход которого через программный таймер 18 соединен с соответствующими входами задающего генератора линейно меняющегося напряжения 15 и задающего генератора переменного напряжения 16, вторые входы которых подключены к соответствующим выходам модуля редактирования параметров развертки, вход которого объединен со входом модуля выбора режима работы 19 и подключены к выходу модуля обслуживания алфавитно-цифрового дисплея 26. Четвертый выход модуля выбора режима работы 19 соединен с одним из входов модуля индикации 27, другой вход которого подключен к третьему выходу программного таймера 18, четвертый выход которого соединен со входом модуля управления входными устройствами 21, а пятый выход программного таймера 18 подключен к третьему входу модуля синхронного детектора 22. Один из выходов модуля цифровой обработки 20 соединен с модулем алфавитно-цифрового дисплея 25. Второй и третий выходы модуля цифровой обработки 20 подключены соответственно к модулю порта последовательной передачи данных 29 и к модулю порта параллельной передачи данных 30. The working electrode "a" of the three-electrode electrochemical cell 12 is connected simultaneously to one of the inputs of the rotation control unit of the working electrode 13 and to one of the inputs of the input circuit breaking device 6, connected in series with the amplifier-converter 7, a scan mode selection device 8, a sample / storage circuit 9 and ADC 10, the second inputs of which are combined with each other and with the second input of the control unit for the rotation of the working electrode 13 and are connected to the output of the control module of the input devices 21. Auxiliary elec the “c” electrode and the “b” reference electrode of the electrochemical cell 12 are connected to the respective outputs of the potentiostat 2 connected in series with the analog adder 3, the first and second inputs of which are connected respectively to the outputs of the DAC of linearly varying voltage 4 and the DAC of AC voltage 5, the first inputs of which combined and connected to the output of the master oscillator linearly varying voltage 15, and the second combined inputs of the DAC 4 and DAC 5 connected to the output of the master alternating voltage generator 16. One of the inputs of the module digital processing 20 is connected to the corresponding output of the mode selection module 19. The second input of digital processing module 20 is connected to the output of the accumulation buffer module 24, one of the inputs of which is connected to the output of the digital filter module 23. The second input of the accumulation buffer module 24 is connected to one of the outputs ADC 10, the other output of which is connected through the synchronous detector module 22 to one of the inputs of the digital filter module 23, the other input of which is connected to one of the outputs of the operation mode selection module 19. The second input of the synchronization module detector 22 is connected to the second output of the operating mode selection module, the third output of which is connected via the program timer 18 to the corresponding inputs of the drive of linearly varying voltage 15 and the drive of alternating voltage 16, the second inputs of which are connected to the corresponding outputs of the scan parameter editing module, the input of which combined with the input of the mode selection module 19 and connected to the output of the service module of the alphanumeric display 26. The fourth output of the mode selection module 19 is connected to one of the inputs of the display module 27, the other input of which is connected to the third output of the program timer 18, the fourth output of which is connected to the input of the control module of input devices 21, and the fifth output of the program timer 18 is connected to the third input of the synchronous detector module 22. One from the outputs of the digital processing module 20 is connected to the alphanumeric display module 25. The second and third outputs of the digital processing module 20 are connected respectively to the serial data port module 29 and to the mode th parallel data port 30.
Предлагаемый анализатор работает следующим образом. The proposed analyzer works as follows.
Анализируемая проба с добавкой фонового электролита (0,5M KClpH 2,0 + 1•10-4M Hg(NO3)2) (или калибровочные растворы) помещают в электрохимическую ячейку 12, установленную в блоке электрохимического датчика 1. Рабочий электрод "а" электрохимической ячейки 12 подключен к блоку управления вращением рабочего электрода 13 и к устройству разрыва входной цепи, а вспомогательный электрод "в" и электрод сравнения "б" ячейки 12 соединены с потенциостатом 2.The analyzed sample with the addition of a background electrolyte (0.5 M KClpH 2.0 + 1 • 10 -4 M Hg (NO 3 ) 2 ) (or calibration solutions) is placed in an electrochemical cell 12 installed in the block of the
На модуле индикации 27 высвечивается серийный номер анализатора и номер версии программы и после секундной паузы происходит самотестирование готовности его к работе. On the display module 27 the serial number of the analyzer and the version number of the program are displayed, and after a second pause, a self-test of its readiness for work takes place.
После этого на модуле индикации 27 появляется сообщение о режиме работы и текущем определяемом элементе, задаваемое оператором с помощью модуля алфавитно-цифрового дисплея 25 и устанавливаемое модулем выбора режима работы 19. After that, on the display module 27, a message appears about the operating mode and the current element being determined, set by the operator using the alphanumeric display module 25 and set by the operating mode selection module 19.
Все параметры определяемого элемента и данного режима измерений заложены в блок постоянной памяти 14 и могут редактироваться с помощью задающих генераторов линейно меняющегося напряжения 15 и переменного напряжения 16, модуля редактирования параметров развертки 17, программного таймера 18 и модуля цифровой обработки 20. All parameters of the element to be determined and this measurement mode are stored in the read-only memory unit 14 and can be edited using the generators of linearly varying voltage 15 and AC voltage 16, the scan parameter editing module 17, the timer 18 and the digital processing module 20.
Проведение измерений может быть охарактеризовано временной диаграммой напряжений (фиг.2а), которая имеет три основные стадии. The measurement can be characterized by a temporary voltage diagram (figa), which has three main stages.
1. Стадия накопления тока. 1. The stage of accumulation of current.
Эта стадия (фиг.2а) характеризуется двумя основными параметрами: потенциалом накопления EH и временем накопления t1.This stage (figa) is characterized by two main parameters: the accumulation potential E H and the accumulation time t 1 .
На первой стадии постоянное напряжение задающего генератора меняющегося напряжения 15 на основе данных о введенном начальном потенциале вырабатывает цифровой код, который в ЦАП 4 преобразуется в рабочее напряжение, подаваемое на вход потенциостата 2 и с него на вспомогательный электрод "в" ячейки 12. Программный таймер 18 начинает отсчет времени накопления t1 и подает сигнал на модуль управления входными устройствами 21, который включает вращение рабочего электрода "а" с помощью блока управления вращением 13 рабочего электрода.At the first stage, the constant voltage of the master oscillator of a varying voltage 15 generates a digital code based on the data on the input initial potential, which is converted into a working voltage supplied to the input of the potentiostat 2 and from it to the auxiliary electrode "in" cell 12 in the DAC 4. Program timer 18 starts counting the accumulation time t 1 and sends a signal to the input device control module 21, which turns on the rotation of the working electrode "a" using the control unit for rotation 13 of the working electrode.
Если в растворе присутствуют тяжелые металлы, то происходит электроосаждение их на поверхности электрода "а". If heavy metals are present in the solution, then their electrodeposition occurs on the surface of electrode "a".
2. Стадия регистрации сигналов. 2. Stage registration signals.
По истечении заданного времени t1 (фиг.2а) программный таймер 18 подает сигнал на модуль управления входными устройствами 21 и через него на блок управления вращением рабочего электрода 13 для отключения вращения рабочего электрода "а". Одновременно подается сигнал на формирование заданной развертки линейного и переменного напряжений с задающих генераторов линейно меняющегося 15 и переменного 16 напряжений, сигнал для включения модуля синхронного детектора 22. Цифровые коды, формируемые задающими генераторами 15 и 16, в ЦАП 4 и 5 преобразуются в рабочие постоянные и переменные напряжения, которые подаются через аналоговый сумматор 3 и потенциостат 2 на вспомогательный электрод "в" ячейки 12.After a predetermined time t 1 (Fig. 2a), the program timer 18 sends a signal to the input device control module 21 and through it to the rotation control unit of the working electrode 13 to turn off the rotation of the working electrode "a". At the same time, a signal is supplied to form a predetermined sweep of linear and alternating voltages from the master oscillators of linearly varying 15 and alternating 16 voltages, a signal to turn on the synchronous detector module 22. The digital codes generated by the master oscillators 15 and 16 are converted into working constants in the DACs 4 and 5 and alternating voltages, which are fed through an analog adder 3 and potentiostat 2 to the auxiliary electrode "in" cells 12.
Напряжение на рабочем электроде "а" линейно изменяется от Енач до Екон (фиг.2 а, б).The voltage at the working electrode "a" varies linearly from E start to E con (Fig.2 a, b).
Постоянная составляющая напряжения модулируется переменным квадратно-волновым напряжением с заданной частотой и амплитудой. При наложении линейно изменяющегося потенциала на рабочем электроде "а" ячейки 12 происходит растворение электроосажденных атомов металлов, что приводит к увеличению тока (1). Протекающий в цепи рабочего электрода "а" суммарный регистрируемый ток состоит из емкостного тока и тока растворения, который является полезным сигналом. The constant component of the voltage is modulated by an alternating square-wave voltage with a given frequency and amplitude. When a linearly varying potential is applied to the working electrode “a” of cell 12, the electrodeposited metal atoms dissolve, which leads to an increase in current (1). The total recorded current flowing in the working electrode circuit “a” consists of a capacitive current and a dissolution current, which is a useful signal.
Программный таймер 18 управляет модулем синхронного детектора 22, который производит выделение из входных данных из АЦП 10 полезного сигнала, представляющего собой разность усредненных отсчетов для отрицательной и положительной полуволн входного тока (1) (фиг.2в), т.е. переменная составляющая сигнала определяется формулой
где I1 ток в конце положительного импульса квадратно-волновой модуляции;
I2 ток в конце отрицательного импульса квадратно-волновой модуляции.The program timer 18 controls the module of the synchronous detector 22, which extracts from the input data from the ADC 10 a useful signal, which is the difference of the averaged samples for the negative and positive half-waves of the input current (1) (Fig.2c), i.e. the variable component of the signal is determined by the formula
where I 1 current at the end of a positive square-wave modulation pulse;
I 2 current at the end of a negative square-wave modulation pulse.
Для повышения чувствительности и точности измеряемого полезного сигнала отсчеты токов на положительной и отрицательной полуволнах производятся в последней четверти длительности импульса (фиг. 2г). To increase the sensitivity and accuracy of the measured useful signal, current counts on the positive and negative half-waves are made in the last quarter of the pulse duration (Fig. 2d).
Поскольку, как известно, величина емкостного тока изменяется по экспоненциальному закону от t, а величина полезного тока уменьшается менее резко со временем (фиг. 2г), поэтому соотношение Iпол/Iемк резко увеличивается к концу времени импульса.Since, as you know, the value of the capacitive current varies exponentially from t, and the value of the useful current decreases less sharply with time (Fig. 2d), therefore, the ratio of I field / I capacitance increases sharply towards the end of the pulse time.
Полезный сигнал с выхода модуля синхронного детектора 22 поступает на вход модуля цифрового фильтра 23, который производит математическое сглаживание входного сигнала, показанное на фиг.3, с целью уменьшения шумов и случайных помех и повышения точности измерения. The useful signal from the output of the module of the synchronous detector 22 is fed to the input of the digital filter module 23, which performs mathematical smoothing of the input signal shown in Fig. 3 in order to reduce noise and random interference and improve measurement accuracy.
Сглаженный полезный сигнал подается в модуль буфера накопления 24. Одновременно с этим в модуль буфера накопления 24 поступают с АЦП 10 цифровые коды постоянного напряжения линейной развертки. The smoothed useful signal is supplied to the accumulation buffer module 24. At the same time, digital codes of linear voltage of the linear sweep are received from the ADC 10 from the accumulation buffer module 24.
Зависимость переменной составляющей тока от постоянного напряжения - вольтамперограмма заносится в модуль буфера накопления 24 (фиг.1) и по завершении регистрации сигналов от АЦП 10 начинается процесс математической обработки результатов в модуле цифровой обработки 20. The dependence of the alternating current component on the direct voltage - the voltammogram is entered in the accumulation buffer module 24 (Fig. 1) and upon completion of registration of signals from the ADC 10, the process of mathematical processing of the results in the digital processing module 20 begins.
3. Стадия регенерации электрода. 3. The stage of regeneration of the electrode.
На этой стадии задающий генератор линейно меняющегося напряжения 15 на основе данных о введенном начальном потенциале вырабатывает цифровой код, который на ЦАП 4 преобразуется в рабочее напряжение, подаваемое на вход потенциостата 2 и с него на вспомогательный электрод "в" ячейки 12. Программный таймер 18 начинает отсчет времени накопления t3 и одновременно подает сигнал на модуль управления входными устройствами 21 и включает вращение рабочего электрода "а" с помощью блока управления вращением рабочего электрода 13. При этом происходит окончательное растворение электроосажденных атомов металлов и подготовка поверхности рабочего электрода "а" ячейки 12 к новому циклу измерений.At this stage, the ramp oscillator 15 generates a digital code based on the data on the input initial potential, which is converted to the working voltage supplied to the input of the potentiostat 2 and from it to the auxiliary electrode "into" cells 12 on the DAC 4. Program timer 18 starts count the accumulation time t 3, and simultaneously delivers a signal to the input device control unit 21 and includes a working electrode rotation "a" working electrode via the rotation control unit 13. When this occurs the Finishing Tel'nykh dissolution electrodeposited metal atoms and preparing the working electrode surface "a" of the cell 12 to a new measurement cycle.
Параметры времени и напряжений отражаются на модуле индикации 27. The time and voltage parameters are reflected on the display module 27.
Данные из модуля буфера накопления 24 подвергаются математической обработке в модуле цифровой обработки 20, который согласно заданной программе производит нахождение максимумов и минимумов токов определяемых элементов и производит вычисление высот пиков, на основе которых в зависимости от используемого режима анализа по методу калибровочного графика или по методу стандартной добавки производится вычисление концентрации элементов. The data from the accumulation buffer module 24 is subjected to mathematical processing in the digital processing module 20, which according to a given program finds the maximums and minimums of the currents of the determined elements and calculates the heights of the peaks, based on which, depending on the analysis mode used, by the method of the calibration graph or by the standard method additives are calculated element concentration.
Результат расчета высвечивается на модуле алфавитно-цифрового дисплея и может передаваться во внешнюю ЭВМ для дальнейшей обработки и хранения по модулю порта последовательной передачи данных 29 или документироваться путем распечатки на принтере через модуль порта параллельной передачи данных 30. The calculation result is displayed on the alphanumeric display module and can be transferred to an external computer for further processing and storage modulo the serial data port 29 or documented by printing on a printer through the parallel data port module 30.
Таким образом, предлагаемый анализатор позволяет полностью автоматизировать процессы анализа и сократить его время с одновременным повышением точности и чувствительности измерений. Thus, the proposed analyzer allows you to fully automate the analysis processes and reduce its time while increasing the accuracy and sensitivity of measurements.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU95121923/25A RU2092830C1 (en) | 1995-12-26 | 1995-12-26 | Microprocessor voltage-current analyzer of heavy metals |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU95121923/25A RU2092830C1 (en) | 1995-12-26 | 1995-12-26 | Microprocessor voltage-current analyzer of heavy metals |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2092830C1 true RU2092830C1 (en) | 1997-10-10 |
| RU95121923A RU95121923A (en) | 1998-01-20 |
Family
ID=20175089
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU95121923/25A RU2092830C1 (en) | 1995-12-26 | 1995-12-26 | Microprocessor voltage-current analyzer of heavy metals |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2092830C1 (en) |
-
1995
- 1995-12-26 RU RU95121923/25A patent/RU2092830C1/en active IP Right Revival
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Авторское свидетельство СССР N 351247, кл. G 01N 27/48, 1981. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100347056B1 (en) | Fast electrochemical impedance spectroscopy measurement method and apparatus | |
| JPH0820417B2 (en) | Cyclic voltammetry method for measuring the concentration of plating bath additive components | |
| EP0645623A2 (en) | Method of monitoring acid concentration in plating baths | |
| Park et al. | Novel instrumentation in electrochemical impedance spectroscopy and a full description of an electrochemical system | |
| RU2092830C1 (en) | Microprocessor voltage-current analyzer of heavy metals | |
| US5320724A (en) | Method of monitoring constituents in plating baths | |
| Belebentseva et al. | Interrupted amperometry: An ultrasensitive technique for diffusion current measuring | |
| JPH06201646A (en) | Device and method for subtracting signal | |
| JP3354054B2 (en) | Residual chlorine meter | |
| JP3437677B2 (en) | Voltammetry and equipment used therefor | |
| RU2135987C1 (en) | Coulometric plant with controlled potential | |
| US6154159A (en) | Electronic sampling circuit | |
| Williams et al. | Hand-held instrumentation for environmental monitoring | |
| RU2155956C1 (en) | Voltamperometric analyzer | |
| Kryger | Microcomputers in electrochemical trace elemental analysis | |
| RU2101697C1 (en) | Method of volt-amperometric analysis | |
| Hernández‐Brito et al. | Development of a computerized electrochemical system for stripping voltammetry | |
| JPH0635959B2 (en) | Residual chlorine measurement method not affected by interfering components | |
| Kankare et al. | Anodic stripping voltammetry with a symmetric double-step waveform | |
| SU1746336A1 (en) | Method of estimating service life of gas-discharge devices with inner electrodes | |
| JP3162836B2 (en) | Measuring method of water concentration and oxygen concentration in exhaust gas | |
| Rohwedder | Multi-electrode detection in voltammetryPart 2.† Evaluation of a Hadamard multiplexed voltammetric technique | |
| RU1784870C (en) | Method of porosity measuring for dielectric covering | |
| RU2284517C2 (en) | Method of measuring electric parameters of high-current pulse processes in electrolyte solutions and computer measurement system | |
| JPS6157849A (en) | Method and device for corrosion of metal by digital fourier integration method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| NF4A | Reinstatement of patent | ||
| QB4A | Licence on use of patent |
Effective date: 20090701 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20111227 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20120927 |