Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

RU2755639C1 - Amperometric method for measuring the content of carbon monoxide in inert gases - Google Patents

Amperometric method for measuring the content of carbon monoxide in inert gases Download PDF

Info

Publication number
RU2755639C1
RU2755639C1 RU2021104389A RU2021104389A RU2755639C1 RU 2755639 C1 RU2755639 C1 RU 2755639C1 RU 2021104389 A RU2021104389 A RU 2021104389A RU 2021104389 A RU2021104389 A RU 2021104389A RU 2755639 C1 RU2755639 C1 RU 2755639C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
carbon monoxide
oxygen
cavity
analyzed gas
gas
Prior art date
Application number
RU2021104389A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Анатолий Сергеевич Калякин
Александр Николаевич Волков
Кирилл Евгеньевич Волков
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской Академии наук
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской Академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской Академии наук
Priority to RU2021104389A priority Critical patent/RU2755639C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2755639C1 publication Critical patent/RU2755639C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403Cells and electrode assemblies
    • G01N27/406Cells and probes with solid electrolytes
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403Cells and electrode assemblies
    • G01N27/406Cells and probes with solid electrolytes
    • G01N27/407Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)

Abstract

FIELD: measuring equipment.
SUBSTANCE: invention relates to measuring equipment and can be used to measure the concentration of carbon monoxide in inert gases and other oxygen-free gaseous media. The amperometric method for measuring the concentration of carbon monoxide in inert gases is that an electrochemical cell with a cavity formed by two gas-tightly interconnected disks of oxygen-conducting solid electrolyte, between which there is a capillary, is placed into the flow of the analyzed gas mixture, on electrodes located on opposite surfaces of one from the disks, DC voltage is supplied within 0.5-1 V, with the connection of the positive pole to the outer electrode, whereby electrolysis of water vapor in the analyzed gas is carried out, and the oxygen obtained as a result of electrolysis is pumped from the flow of the analyzed gas into the sensor cavity along the electrochemical circuit: outer electrode - solid electrolyte - inner electrode, in the process of reaching a stationary state, when the diffusion flux of the interaction products of oxygen pumped into the cavity and carbon monoxide in the cavity becomes equal to the amount of carbon monoxide in the analyzed gas entering the cavity, the limiting current flowing through the sensor is measured and the value of the limiting current corresponding to the oxygen content spent on interaction with carbon monoxide, determine the concentration of carbon monoxide in the analyzed gas.
EFFECT: ability to measure the content of carbon monoxide in inert gases at temperatures of 500÷650°C and above, as well as improving the accuracy and reproducibility of measurements.
1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к аналитической технике и может быть использовано для измерения концентрации монооксида углерода в инертных газах и других бескислородных газовых средах.The invention relates to analytical technology and can be used to measure the concentration of carbon monoxide in inert gases and other oxygen-free gaseous media.

Из уровня техники известен способ измерения монооксида углерода в газовых смесях с помощью чувствительного элемента из твердого оксидного электролита, являющегося кислородно–ионным проводником, с нанесенными на его поверхности поляризуемым и неполяризуемым электродами. При этом электролит выполнен в виде пластинки, неполяризуемый электрод сравнения нанесен на поверхность электролита в виде пасты из окиси серебра, а поляризуемый измерительный электрод нанесен на поверхность электролита в виде мелкодисперсного порошка платины или палладия с добавкой 10% порошка электролита и оба электрода припечены, а поляризуемый измерительный электрод активирован [1]. A method for measuring carbon monoxide in gas mixtures using a sensitive element made of solid oxide electrolyte, which is an oxygen-ionic conductor, with polarizable and non-polarizable electrodes deposited on its surface is known from the prior art. In this case, the electrolyte is made in the form of a plate, the non-polarizable reference electrode is applied to the electrolyte surface in the form of a silver oxide paste, and the polarizable measuring electrode is applied to the electrolyte surface in the form of a finely dispersed platinum or palladium powder with the addition of 10% electrolyte powder, and both electrodes are baked, and the polarizable measuring electrode activated [1].

Чувствительный элемент помещали в стеклянную трубку, при этом к электродам поджимали серебряные токоотводы, концы которых выводили наружу и подсоединяли к вольтметру. Через стеклянную трубку с постоянной контролируемой скоростью продували четырехкомпонентную газовую смесь, состоящую из азота, кислорода, углекислого газа и окиси углерода с заданной концентрацией. Концентрацию последнего меняли за счет содержания азота или углекислого газа, поскольку их концентрации практически не оказывают влияния на электродные потенциалы ячейки.The sensitive element was placed in a glass tube, while silver current leads were pressed to the electrodes, the ends of which were brought out and connected to a voltmeter. A four-component gas mixture consisting of nitrogen, oxygen, carbon dioxide, and carbon monoxide with a given concentration was blown through a glass tube at a constant controlled rate. The concentration of the latter was changed due to the content of nitrogen or carbon dioxide, since their concentrations practically have no effect on the electrode potentials of the cell.

Температурный интервал работы этого датчика составляет 300-550°C, притом, что минимальное значение температуры достижения равновесного потенциала на платиновом электроде в среде, содержащей водород и кислород, составляет 640°C. При меньшей температуре равновесный потенциал не устанавливается, и показания датчика нестабильны.The operating temperature range of this sensor is 300-550 ° C, while the minimum temperature for reaching the equilibrium potential at the platinum electrode in an environment containing hydrogen and oxygen is 640 ° C. At lower temperatures, the equilibrium potential is not established, and the sensor readings are unstable.

Изготовление электрода сравнения из серебра, а рабочего электрода - из платины или палладия с добавкой 10% порошка электролита усложняет технологию изготовления известного чувствительного элемента, т.к. требует раздельного припекания электродов к твердому электролиту. Кроме того, использование драгоценных металлов (Pt, Pd, Ag) для изготовления электродов удорожает стоимость изделия, а введение добавки CeO2 в состав платинного электрода снижает величину отклика. Но главным недостатком датчиков, основанных на использовании электродов с разной поляризацией электродов является то, что поляризация электродов со временем меняется и соответственно меняются и характеристики датчика. В первую очередь воспроизводимость и градуировка. Manufacturing the reference electrode from silver, and the working electrode from platinum or palladium with the addition of 10% electrolyte powder complicates the manufacturing technology of the known sensitive element, because requires separate baking of electrodes to solid electrolyte. In addition, the use of precious metals (Pt, Pd, Ag) for the manufacture of electrodes increases the cost of the product, and the addition of CeO 2 to the platinum electrode reduces the response. But the main disadvantage of sensors based on the use of electrodes with different polarization of the electrodes is that the polarization of the electrodes changes over time and, accordingly, the characteristics of the sensor change. First of all, reproducibility and calibration.

На повышение точности измерения монооксида углерода, повышении стабильности показаний, а также на упрощение технологии изготовления чувствительного элемента направлен «Чувствительный элемент электрохимического датчика монооксида углерода в газовых смесях» [2]. Данный элемент выполнен в виде таблетки из твердого оксидного электролита, на одну из поверхностей таблетки припечен электрод сравнения, на противоположную - измерительный электрод. Твердый оксидный электролит выполнен на основе оксида церия состава Ce0.8(Sm0.8Ca0.2)0.2O2, электрод сравнения выполнен из манганита лантана-стронция состава La0.6Sr0.4MnO3, а измерительный электрод - из оксида цинка ZnO. При этом электрод сравнения и измерительный электрод припечены к поверхностям таблетки твердого оксидного электролита одновременно.The "Sensitive element of the electrochemical sensor of carbon monoxide in gas mixtures" [2] is aimed at improving the accuracy of measuring carbon monoxide, increasing the stability of readings, as well as simplifying the manufacturing technology of the sensitive element. This element is made in the form of a solid oxide electrolyte tablet, a reference electrode is baked on one of the tablet surfaces, and a measuring electrode on the opposite surface. The solid oxide electrolyte is based on cerium oxide with the composition Ce 0.8 (Sm 0.8 Ca 0.2 ) 0.2 O 2 , the reference electrode is made of lanthanum-strontium manganite with the composition La 0.6 Sr 0.4 MnO 3 , and the measuring electrode is made of zinc oxide ZnO. In this case, the reference electrode and the measuring electrode are baked to the surfaces of the solid oxide electrolyte tablet at the same time.

Способ измерения монооксида углерода в газовых смесях с помощью данного датчика, осуществляют следующим образом. Датчик находится в равномерном температурном поле, которое создается анализируемой газовой средой или нагревателем. Анализируемый газ омывает поверхность твердого электролита и нанесенные на его противоположные поверхности электрод сравнения и измерительный электрод. На электроде сравнения генерируется кислородный потенциал, т.к. манганит лантана-стронция, из которого выполнен электрод сравнения, обратим по кислороду и практически инертен к монооксиду углерода. Таким образом, на электроде сравнения 2 генерируется кислородный потенциал:The method for measuring carbon monoxide in gas mixtures using this sensor is as follows. The sensor is located in a uniform temperature field, which is created by the analyzed gas medium or heater. The analyzed gas washes the surface of the solid electrolyte and the reference and measuring electrodes applied to its opposite surfaces. An oxygen potential is generated at the reference electrode, because lanthanum-strontium manganite, from which the reference electrode is made, is reversible with respect to oxygen and is practically inert to carbon monoxide. Thus, an oxygen potential is generated on the reference electrode 2:

ϕ(э.ср.) = RT/4F⋅ln p*O2, (1)ϕ (e.m.) = RT / 4F⋅ln p * O 2 , (1)

где:where:

ϕ (э.ср.) - кислородный потенциал электрода сравнения;ϕ (e.m.) is the oxygen potential of the reference electrode;

R - газовая постоянная (1,9873 кал/град*моль);R - gas constant (1.9873 cal / deg * mol);

Т – температура, К;T is temperature, K;

р*O2 - парциальное давление кислорода на электроде сравнения, Па;p * O 2 - partial pressure of oxygen at the reference electrode, Pa;

F - число Фарадея.F is the Faraday number.

На измерительном электроде 3 генерируется смешанный потенциал, который определяется парциальными давлениями кислорода и монооксида углерода в анализируемом газе:A mixed potential is generated at the measuring electrode 3, which is determined by the partial pressures of oxygen and carbon monoxide in the analyzed gas:

ϕ(э.ср.) = RT/4F·ln p**(O2+CO) (2)ϕ (e.m.) = RT / 4F · ln p ** (O 2 + CO) (2)

где:where:

ϕ (э.ср.) - смешанный потенциал измерительного электрода; ϕ (e.m.) is the mixed potential of the measuring electrode;

R - газовая постоянная (1,9873 кал/град*моль);R - gas constant (1.9873 cal / deg * mol);

Т – температура, K;T is temperature, K;

p** (О2+СО) - суммарное давление кислорода и монооксида углерода на измерительном электроде.p ** (О 2 + СО) is the total pressure of oxygen and carbon monoxide at the measuring electrode.

ЭДС чувствительного элемента будет определяться, как:EMF of the sensitive element will be determined as:

E = RT/nF⋅ln[p*O2/p**(O2+CO)] (3)E = RT / nF⋅ln [p * O 2 / p ** (O 2 + CO)] (3)

R – газовая постоянная (1,9873 кал/град*моль);R - gas constant (1.9873 cal / deg * mol);

n – заряд ионов кислорода;n is the charge of oxygen ions;

Т – температура, К;T is temperature, K;

р*O2 – парциальное давление кислорода на электроде сравнения, Па;p * O 2 - partial pressure of oxygen at the reference electrode, Pa;

p**2+СО) – суммарное давление кислорода и монооксида углерода на измерительном электроде.p **2 + СО) is the total pressure of oxygen and carbon monoxide at the measuring electrode.

По измеренной величине Е (мВ) при известной рабочей температуре (Т) можно однозначно определить содержание монооксида углерода в анализируемом газе.From the measured value E (mV) at a known operating temperature (T), it is possible to unambiguously determine the content of carbon monoxide in the analyzed gas.

Чувствительный элемент с твердым электролитом на основе диоксида церия состава Ce0.8(Sm0.8Ca0.2)0.2O2 дает отклик на содержание СО в 1,5-2,5 раза выше, чем чувствительный элемент с твердым электролитом на основе диоксида циркония состава 0,91%ZrO2+0,09%Y2O3.A sensing element with a solid electrolyte based on cerium dioxide of composition Ce 0.8 (Sm 0.8 Ca 0.2 ) 0.2 O 2 gives a response to the CO content 1.5-2.5 times higher than a sensing element with a solid electrolyte based on zirconium dioxide of composition 0, 91% ZrO 2 + 0.09% Y 2 O 3 .

Способ измерения монооксида углерода в газовых смесях с помощью данного датчика, основанного на измерении смешанного потенциала, обладает низкой воспроизводимостью и имеют нелинейную зависимость ЭДС от концентрации измеряемого компонента, что требует первоначальной и периодической калибровки каждого датчика и усложняет его эксплуатацию.The method for measuring carbon monoxide in gas mixtures using this sensor, based on measuring the mixed potential, has low reproducibility and has a nonlinear dependence of the EMF on the concentration of the measured component, which requires initial and periodic calibration of each sensor and complicates its operation.

Задача настоящего изобретения заключается в расширении области практического применения твердых электролитов, обладающих кислородно-ионным характером проводимости.The objective of the present invention is to expand the field of practical application of solid electrolytes with oxygen-ionic conductivity.

Для этого предложен амперометрический способ измерения концентрации монооксида углерода в инертных газах, заключающийся в том, что в поток анализируемой газовой смеси помещают электрохимическую ячейку с полостью, образованной двумя, газоплотно соединенными между собой дисками из кислородпроводящего твердого электролита, между которыми имеется капилляр, на электроды, расположенные на противоположных поверхностях одного из дисков, подают напряжение постоянного тока в пределах 0,5 – 1 В, с подключением положительного полюса на наружный электрод, посредством чего осуществляют электролиз паров воды, находящихся в анализируемом газе, и накачку полученного в результате электролиза кислорода из потока анализируемого газа в полость датчика по электрохимической цепи: наружный электрод – твердый электролит – внутренний электрод, в процессе достижения стационарного состояния, когда диффузионный поток продуктов взаимодействия накачанного в полость кислорода и находящегося в полости монооксида углерода, станет равным поступающему в полость количеству монооксида углерода в анализируемом газе, измеряют протекающий через датчик предельный ток и по величине предельного тока, соответствующего содержанию кислорода, потраченного на взаимодействие с монооксидом углерода, определяют концентрацию монооксида углерода в анализируемом газе. For this, an amperometric method for measuring the concentration of carbon monoxide in inert gases is proposed, which consists in placing an electrochemical cell with a cavity formed by two gas-tightly interconnected disks of oxygen-conducting solid electrolyte, between which there is a capillary, on the electrodes, located on opposite surfaces of one of the disks, supply a DC voltage in the range of 0.5 - 1 V, with the connection of the positive pole to the external electrode, whereby electrolysis of water vapor in the analyzed gas is carried out, and the oxygen obtained as a result of electrolysis is pumped from the stream of the analyzed gas into the sensor cavity along the electrochemical circuit: outer electrode - solid electrolyte - inner electrode, in the process of reaching a stationary state, when the diffusion flow of the interaction products of oxygen pumped into the cavity and carbon monoxide in the cavity type, will become equal to the amount of carbon monoxide in the analyzed gas entering the cavity, the limiting current flowing through the sensor is measured, and the value of the limiting current corresponding to the oxygen content spent on interaction with carbon monoxide determines the concentration of carbon monoxide in the analyzed gas.

Подача на электроды напряжения постоянного тока в пределах 1 ÷ 1,5 В с подачей положительного полюса на внутренний электрод датчика, обеспечивает накачку кислорода, полученного в результате разложения присутствующей в газовой смеси влаги, из анализируемого газового потока в полость ячейки. В полости ячейки накачанный кислород взаимодействует с монооксидом углерода, поступившим туда в составе анализируемой газовой смеси. При этом на поверхности внутреннего электрода датчика будет интенсивно идти процесс взаимодействия кислорода с монооксидом углерода в соответствии с реакцией:Applying a DC voltage to the electrodes in the range of 1 ÷ 1.5 V with a positive pole applied to the inner electrode of the sensor, pumping oxygen obtained as a result of decomposition of the moisture present in the gas mixture from the analyzed gas flow into the cell cavity. In the cavity of the cell, the pumped oxygen interacts with carbon monoxide supplied there as part of the analyzed gas mixture. In this case, on the surface of the inner electrode of the sensor, the process of interaction of oxygen with carbon monoxide will intensively proceed in accordance with the reaction:

О2 + 2СО = 2СО2 (4)О 2 + 2СО = 2СО 2 (4)

При достижении подаваемого на электроды ячейки напряжения ток через твердоэлектролитный диск растет и при достижении напряжения величины  1 ÷ 1,5 В ток стабилизируется и перестает расти с ростом напряжения. Полученный ток является предельным током, а его величина обусловлена газообменом между анализируемой средой и газом в полости датчика. Величина предельного тока датчика, лимитируется диффузионным барьером – капилляром датчика и связана с концентрацией монооксида углерода (Иванов-Шиц, И.Мурин., Ионика твердого тела, том 2, С.-Петербург (2010) СС. 964-965) уравнением (2):When the voltage supplied to the cell electrodes is reached, the current through the solid electrolyte disk increases, and when the voltage reaches 1–1.5 V, the current stabilizes and stops growing with increasing voltage. The resulting current is the limiting current, and its value is due to the gas exchange between the analyzed medium and the gas in the sensor cavity. The value of the limiting current of the sensor is limited by the diffusion barrier - the capillary of the sensor and is related to the concentration of carbon monoxide (Ivanov-Shits, I. Murin., Ionika solids, volume 2, St. Petersburg (2010) SS. 964-965) by equation (2 ):

IL(СО) =

Figure 00000001
; ( 5)I L (CO) =
Figure 00000001
; ( 5)

где: F – число Фарадея, 96485 Кл/моль;where: F - Faraday number, 96485 C / mol;

D(СО) – коэффициент диффузии монооксида углерода в азоте, см2/сек;D (CO) - diffusion coefficient of carbon monoxide in nitrogen, cm 2 / sec;

X(СО) – мольная доля монооксида углерода в азоте;X (CO) - mole fraction of carbon monoxide in nitrogen;

S – площадь сечения капилляра, мм2;S is the cross-sectional area of the capillary, mm 2 ;

P – общее давление газовой смеси, атм.;P is the total pressure of the gas mixture, atm .;

R – газовая постоянная, 8,314*107 эрг/моль K; R is the gas constant, 8.314 * 10 7 erg / mol K;

l - длина капилляра (мм).l - capillary length (mm).

IL(СО) – предельный ток, соответствующий количеству откаченного кислорода, образовавшегося после разложения оксида азота, находящегося в анализируемой газовой смеси, мА;I L (CO) - limiting current corresponding to the amount of pumped out oxygen formed after the decomposition of nitrogen oxide in the analyzed gas mixture, mA;

T – температура анализа, K.T is the analysis temperature, K.

В соответствии с уравнением (5) достаточно легко рассчитать содержание монооксида углерода по измеренному значению предельного тока IL(СО). Как видно из фиг.2 вольт-амперные зависимости электрохимической ячейки имеют явно выраженные значения предельных токов для каждой измеряемой концентрации СО. Концентрационная зависимость предельных токов ячейки от концентрации СО в азоте для температур 500 и 550°С представлены на фиг.3. Как видно из фиг. 3 для ячейки концентрационная зависимость имеет линейность во всем диапазоне концентраций. In accordance with equation (5), it is quite easy to calculate the carbon monoxide content from the measured value of the limiting current I L (CO). As can be seen from figure 2, the volt-ampere dependences of the electrochemical cell have pronounced values of the limiting currents for each measured CO concentration. The concentration dependence of the limiting cell currents on the CO concentration in nitrogen for temperatures of 500 and 550 ° C are shown in Fig. 3. As seen in FIG. 3 for a cell, the concentration dependence is linear over the entire concentration range.

Новый технический результат, достигаемы заявленным способом, заключается в создании способа, позволяющего достаточно просто и надежно измерять содержание монооксида углерода в инертных газах, в том числе и при температурах 500÷650°С и выше, а также повысить точность и воспроизводимость измерений. The new technical result achieved by the claimed method consists in creating a method that allows for a fairly simple and reliable measurement of the content of carbon monoxide in inert gases, including at temperatures of 500 ÷ 650 ° C and above, as well as to improve the accuracy and reproducibility of measurements.

Изобретение иллюстрируется рисунками, где на фиг. 1 изображена электрохимическая ячейка для осуществления способа; на фиг. 2 представлена зависимость токов ячейки от напряжения для концентраций монооксида углерода в азоте от 0.49 до 10% об.; на фиг. 3 представлена концентрационная зависимость ячейки для температуры 500°С. The invention is illustrated in the drawings, where FIG. 1 shows an electrochemical cell for implementing the method; in fig. 2 shows the dependence of cell currents on voltage for carbon monoxide concentrations in nitrogen from 0.49 to 10% vol .; in fig. 3 shows the concentration dependence of the cell for a temperature of 500 ° C.

Для осуществления способа используют электрохимическую ячейку, содержащую диски 1 и 2, выполненные из кислородпроводящего твердого электролита, имеющего ионное число переноса, равное 1, например, состава 0,9 ZrO2 + 0,1Y2O3, соединенные между собой газоплотным герметиком 3. На противоположных поверхностях диска 1 имеется наружный электрод 4 и внутренний электрод 5. На противоположных поверхностях диска 1 расположены электроды 3 и 4. Диски 1 и 2 образуют внутреннюю полость 6, между дисками находится капилляр 7 для поступления в полость 6 анализируемой инертной газовой смеси. Подача напряжения на электроды 4 и 5 осуществляется от источника напряжения постоянного тока, причем на внутренний электрод 6 подается минус, а на электрод 4, находящийся на внешней стороне диска – плюс.To implement the method, an electrochemical cell is used containing disks 1 and 2 made of an oxygen-conducting solid electrolyte having an ion transfer number equal to 1, for example, of the composition 0.9 ZrO 2 + 0.1Y 2 O 3 , interconnected by a gas-tight sealant 3. On the opposite surfaces of the disc 1 there is an outer electrode 4 and an inner electrode 5. On the opposite surfaces of the disc 1, electrodes 3 and 4 are located. The voltage is supplied to electrodes 4 and 5 from a DC voltage source, and a minus is supplied to the inner electrode 6, and a plus is supplied to the electrode 4 located on the outer side of the disk.

Подача напряжения постоянного тока на электроды диска 1 осуществляется от источников напряжения постоянного тока ИТ и контролируется амперметром А. Электрохимическую ячейку вышеописанной конструкции помещают в анализируемую газовую смесь монооксида углерода с инертным газом (азотом), которая омывает ячейку снаружи и по капилляру 7 поступает в полость 6. Под действием напряжения постоянного тока, приложенного от источника ИТ к электродам 4 и 5, через диск 1 происходит накачка кислорода, образовавшегося вследствие электролиза паров воды, находящихся в газовой смеси, в полость 6. В этой полости кислород взаимодействует с монооксидом углерода, поступившим в полость 6 через капилляр 7 с образованием диоксида углерода. Образовавшиеся продукты взаимодействия в соответствии с уравнениями (4), обмениваются через капилляр 7 с омываемой ячейку газовой смесью СО+N2. Измерив полученный предельный ток, с помощью уравнения (5) можно рассчитать концентрацию монооксида углерода в анализируемом газе.The DC voltage is supplied to the electrodes of the disk 1 from DC voltage sources IT and is controlled by the ammeter A. The electrochemical cell of the above-described design is placed in the analyzed gas mixture of carbon monoxide with an inert gas (nitrogen), which washes the cell from the outside and flows through the capillary 7 into the cavity 6 .Under the action of a direct current voltage applied from the IT source to electrodes 4 and 5, oxygen is pumped through disk 1, formed as a result of electrolysis of water vapor in the gas mixture, into cavity 6. In this cavity, oxygen interacts with carbon monoxide supplied to cavity 6 through capillary 7 with the formation of carbon dioxide. The resulting interaction products in accordance with equations (4) are exchanged through the capillary 7 with the CO + N 2 gas mixture washed by the cell. By measuring the resulting limiting current, equation (5) can be used to calculate the concentration of carbon monoxide in the sample gas.

Таким образом, заявленный способ позволяет расширить область практического применения твердых электролитов, в первую очередь для проведения аналитических измерений.Thus, the claimed method makes it possible to expand the area of practical application of solid electrolytes, primarily for analytical measurements.

Источники информации:Sources of information:

1. RU 2326375, опубл. 10.06.2008 г. «Чувствительный элемент электрохимического датчика окиси углерода в газовых смесях».1. RU 2326375, publ. 06/10/2008 "The sensitive element of the electrochemical sensor of carbon monoxide in gas mixtures."

2. RU 2522815, опубл. 20.07.2014 г. «Чувствительный элемент электрохимического датчика монооксида углерода в газовых смесях».2. RU 2522815, publ. 07/20/2014, "The sensitive element of the electrochemical sensor of carbon monoxide in gas mixtures."

Claims (1)

Амперометрический способ измерения концентрации монооксида углерода в инертных газах, заключающийся в том, что в поток анализируемой газовой смеси помещают электрохимическую ячейку с полостью, образованной двумя газоплотно соединенными между собой дисками из кислородпроводящего твердого электролита, между которыми имеется капилляр, на электроды, расположенные на противоположных поверхностях одного из дисков, подают напряжение постоянного тока в пределах 0,5-1 В, с подключением положительного полюса на наружный электрод, посредством чего осуществляют электролиз паров воды, находящихся в анализируемом газе, и накачку полученного в результате электролиза кислорода из потока анализируемого газа в полость датчика по электрохимической цепи: наружный электрод – твердый электролит – внутренний электрод, в процессе достижения стационарного состояния, когда диффузионный поток продуктов взаимодействия накачанного в полость кислорода и находящегося в полости монооксида углерода станет равным поступающему в полость количеству монооксида углерода в анализируемом газе, измеряют протекающий через датчик предельный ток и по величине предельного тока, соответствующего содержанию кислорода, потраченного на взаимодействие с монооксидом углерода, определяют концентрацию монооксида углерода в анализируемом газе.An amperometric method for measuring the concentration of carbon monoxide in inert gases, which consists in placing an electrochemical cell with a cavity formed by two gas-tightly interconnected disks of an oxygen-conducting solid electrolyte, between which there is a capillary, on the electrodes located on opposite surfaces one of the disks, a DC voltage is supplied within 0.5-1 V, with the connection of the positive pole to the outer electrode, whereby electrolysis of water vapor in the analyzed gas is carried out, and the oxygen obtained as a result of electrolysis is pumped from the flow of the analyzed gas into the cavity sensor along the electrochemical circuit: outer electrode - solid electrolyte - inner electrode, in the process of reaching a stationary state, when the diffusion flux of the interaction products of oxygen pumped into the cavity and carbon monoxide in the cavity becomes equal in the amount of carbon monoxide entering the cavity in the analyzed gas, the limiting current flowing through the sensor is measured, and the concentration of carbon monoxide in the analyzed gas is determined by the value of the limiting current corresponding to the oxygen content spent on interaction with carbon monoxide.
RU2021104389A 2021-02-20 2021-02-20 Amperometric method for measuring the content of carbon monoxide in inert gases RU2755639C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021104389A RU2755639C1 (en) 2021-02-20 2021-02-20 Amperometric method for measuring the content of carbon monoxide in inert gases

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021104389A RU2755639C1 (en) 2021-02-20 2021-02-20 Amperometric method for measuring the content of carbon monoxide in inert gases

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2755639C1 true RU2755639C1 (en) 2021-09-17

Family

ID=77745698

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021104389A RU2755639C1 (en) 2021-02-20 2021-02-20 Amperometric method for measuring the content of carbon monoxide in inert gases

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2755639C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU219451U1 (en) * 2023-04-24 2023-07-18 Владимир Михайлович Фрейман Measuring probe for determining the concentration of hydrogen and carbon monoxide dissolved in industrial oils

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2326375C1 (en) * 2006-08-29 2008-06-10 Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской академии наук Sensitive element of electrochemical sensor for carbon monoxide in gas mixtures
GB2436990B (en) * 2004-12-24 2009-07-29 Isis Innovation Amperometric sensor and method for the detection of gaseous analytes comprising a working electrode comprising edge plane pyrolytic graphite
ATE484741T1 (en) * 2001-08-13 2010-10-15 Mine Safety Appliances Co ELECTROCHEMICAL SENSOR
RU2522815C1 (en) * 2013-03-22 2014-07-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской Академии наук Sensitive element of electrochemical sensor of carbon monoxide in gas mixtures

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ATE484741T1 (en) * 2001-08-13 2010-10-15 Mine Safety Appliances Co ELECTROCHEMICAL SENSOR
GB2436990B (en) * 2004-12-24 2009-07-29 Isis Innovation Amperometric sensor and method for the detection of gaseous analytes comprising a working electrode comprising edge plane pyrolytic graphite
RU2326375C1 (en) * 2006-08-29 2008-06-10 Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской академии наук Sensitive element of electrochemical sensor for carbon monoxide in gas mixtures
RU2522815C1 (en) * 2013-03-22 2014-07-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской Академии наук Sensitive element of electrochemical sensor of carbon monoxide in gas mixtures

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU219451U1 (en) * 2023-04-24 2023-07-18 Владимир Михайлович Фрейман Measuring probe for determining the concentration of hydrogen and carbon monoxide dissolved in industrial oils

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kalyakin et al. An electrochemical sensor based on zirconia and calcium zirconate electrolytes for the inert gas humidity analysis
Kalyakin et al. Determining humidity of nitrogen and air atmospheres by means of a protonic ceramic sensor
RU2483300C1 (en) Solid electrolyte sensor for amperometric measurement of gas mixture moisture
Schelter et al. Highly selective solid electrolyte sensor for the analysis of gaseous mixtures
RU2755639C1 (en) Amperometric method for measuring the content of carbon monoxide in inert gases
KR100864381B1 (en) NOX Sensor And for Calculating Method Of Total NOX Concentration Using it
RU2483298C1 (en) Solid-electrolyte sensor for amperometric measurement of hydrogen and oxygen concentration in gas mixtures
US4952300A (en) Multiparameter analytical electrode structure and method of measurement
RU2490623C1 (en) Solid electrolyte sensor for potentiometric measurement of hydrogen concentration in gas mixtures
Lee et al. NASICON-based amperometric CO2 sensor using Na2CO3–BaCO3 auxiliary phase
RU2654389C1 (en) Amperometric method of measurement of oxygen concentration in gas mixtures
US4798655A (en) Multiparameter analytical electrode structure and method of measurement
RU2483299C1 (en) Solid-electrolyte sensor for amperometric measurement of hydrogen concentration in gas mixtures
RU2635711C1 (en) Device for measuring volume fraction and partial pressure of oxygen in gases
RU63534U1 (en) DEVICE FOR MEASURING OXYGEN CONCENTRATION
Kalyakin et al. Stability and reproducibility of the amperometric sensors for oxygen concentration analysis in the nitrogen gas mixtures
Guth et al. Gas sensors
RU2683134C1 (en) Solid-electrolyte potensiometric sensor for air humidity and small hydrogen concentration analysis
RU2522815C1 (en) Sensitive element of electrochemical sensor of carbon monoxide in gas mixtures
RU189631U1 (en) Sensor for measuring the concentration of oxygen and hydrogen in inert, protective and oxidizing gas mixtures
JP3387611B2 (en) CO gas sensor and CO gas detection method
RU2795670C1 (en) Sensor for measuring oxygen concentration in a gas mixture
RU2583162C1 (en) Amperometric method of measurement of concentration of ammonia in nitrogen
RU2752801C1 (en) Amperometric method for measuring concentration of nitric oxide in gas mixture with nitrogen
RU2780308C1 (en) Potentiometric solid-electrolyte cell