ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Структурные схемы полярографов переменного тока из "Вольтамперометрия переменного тока" Современная электронная промышленность ориентируется на выпуск так называемых операционных усилителей, т. е. полупроводниковых приборов с определенными целевыми функциями. Бытует мнение, что путем их простого сочетания можно довольно легко создавать любые виды полярографов. Это глубоко ошибочное мнение. Следует учесть, что промышленность выпускает узлы общетехнического назначения, прямо не приспособленные к использованию в полярографических системах, отличающихся рядом частных особенностей. К ним относятся сопряжение электронных узлов с полярографической ячейкой и между собой, при котором отсутствуют взаимные влияния этих узлов и ячейки низкий уровень аналитического сигнала, подлежащего выделению, а также относительно высокие фоновые помехи. [c.67] Несмотря на все многообразие электрических схем полярографов переменного тока, которые были созданы почти за полвека существования метода, их можно представить конечным числом структурных схем независимо от элементной базы приборов. В этих схемах узлы объединяются по функциональному признаку в единый блок, для которого формулируют требования по выходным, а при необходимости и по входным параметрам. В условиях современной электронной технологии, характеризующейся быстрой сменой номенклатуры полупроводниковых приборов, представляется наиболее целесообразным рассмотреть не конкретные приборы, а структурные схемы их построения для различных вариантов ВПТ. [c.67] Простейшая схема полярографа переменного тока (рис. 5.1, а) для ВПТ первого порядка без ФС содержит источники переменного напряжения 1, развертки напряжения 2, постоянного напряжения 3, преобразователь тока в напряжение 4, ячейку 5, усилитель напряжения 6, демпфирующее устройство 7 и регистратор 8. Обязательным элементом прибора является внешний или внутренний встроенный измеритель постоянного поляризующего напряжения, который на рисунке не показан. [c.67] При работе со стационарными электродами строби-рование по первому приему (блоки 9 и 10) отключают. [c.70] Стробирование же по второму приему применимо и при работе со стационарными электродами. При этом получаются вольтамперограммы со ступенями и подавляются нерегулярности на вольтамперограммах из-за наводок и других помех. Механические устройства для сброса капли при работе со стационарными электродами в режиме стробирования отключают. [c.71] Временную селекцию тока реализуют с помощью селектора 13 и клапана временной селекции 14 (рис. 5.1, г). В селекторе вырабатывается короткий импульс, начало которого синхронизируется с переменным поляризующим напряжением. Этот импульс возникает с некоторой задержкой относительно начала периода переменного напряжения. Он открывает клапан временной селекции, пропуская сигнал к клапану синхронизации 10. [c.71] В представленных выше схемах применяют двухэлектродную полярографическую ячейку и низкоомный преобразователь тока в напряжение. Такие схемы не обеспечивают точного установления и поддержания поляризующего напряжения на индикаторном электроде. Для стабилизации напряжения в этих случаях применяют специальные устройства, называемые потенцио-статами 15, см. рис. 5.1, д). Потенциостат имеет два высокоомных входа. К первому из них подводят все источники поляризующего напряжения, к другому — цепь обратной связи. При двухэлекгродной ячейке в эту цепь включают только преобразователь тока в напряжение. Через цепь обратной связи вносится коррекция на падение напряжения на преобразователе. При трехэлектродной ячейке в цепь обратной связи включают и ячейку через электрод сравнения. При этом вносится коррекция и на омическое падение напряжения в цепи ячейки. Коррекция будет тем точнее, чем ближе к рабочему электроду подводят электрод сравнения. Важно отметить, что в настоящее время потенциостат является обязательным элементом полярографа переменного тока независимо от формы переменного напряжения и способа элиминирования емкостного тока. [c.71] Для выделения второй и М-ок гармоник N 2) необходимо, чтобы фазовый детектор был настроен на выделение нужной гармоники, т. е. чтобы соотношение частот переменного поляризующего напряжения и опорного напряжения, поступающего на фазовый детектор, было 1 2 или N. На практике полярографы переменного тока, имеющие режимы второй и высших гармоник, содержат и режим первой гармоники. Технически проще осуществить режим второй гармоники путем уменьшения в 2 или N раз частоты переменного поляризующего напряжения, чем изменять частоту опорного напряжения. Поэтому в этих полярографах источник переменного поляризующего напряжения 1 обычно обеспечивает подачу переменного напряжения с регулируемой рабочей частотой со значениями / для получения аналитического сигнала на основной частоте (первой гармонике) и для получения аналитического сигнала на УУ-ой гармонике. [c.73] Для подавления наводок на ячейку от сети и внешних источников с большим полем излучения энергии индикаторный электрод рекомендуют заземлять (см. рис. 5.1, а—г), но при этом оказывается подвешенным относительно земли блок усилителя напряжения. Это осложняет условия его работы и предъявляет особые требования к конструированию первого каскада усиления. Поэтому часто полярографическую ячейку подвешивают относительно земли (при этом ячейку тщательно экранируют), а усилитель первого каскада заземляют. Тогда снижаются требования к его схеме и конструкции (см. рис. 5.1, ж). Для уменьшения наводок необходимо, чтобы преобразователь тока в напряжение был низкоомным. [c.73] Полярографы для ВПТ с АМН могут быть построены по схеме рис. 5.1, к или 5.1, уг. В этих схемах приведены источник переменного напряжения высокой частоты Л источник модулирующего низкочастотного напряжения 18 и модулятор 19, в котором происходит модуляция высокочастотного напряжения. В первой схеме модулированное напряжение подается на полярографическую ячейку непосредственно. Эта схема позволяет уменьшить влияние паразитных емкостей на величину подаваемого сигнала и стабилизировать амплитуду переменного напряжения на двойном слое путем введения балластной емкости. В первой и второй схемах низкочастотное напряжение источника 18 поступает на формирователь опорного напряжения 16 фазового детектора 17. При этом предполагается, что низкочастотное модулирующее напряжение имеет синусоидальную форму. Если это напряжение прямоугольной или трапециевидной формы, то оно поступает на устройство управления клапана временной селекции. [c.74] В полярографах, сопрягаемых с мини-ЭВМ, реализуют разностный режим с помощью одной ячейки, которая служит для получения аналитического сигнала сначала при полярографировании раствора сравнения, а затем — при полярографировании анализируемого раствора. Первый из сигналов поступает в блок памяти. Регистограмма при этом представляет собой разностный сигнал первого и второго измерений (рис. 5.1, н). [c.75] Число приведенных схем может быть еще увеличено, поскольку почти каждая из них может быть представлена в нескольких модификациях — с заземленной ячейкой (рис. 5.1, ж), незаземленной ячейкой (рис. 5.1, а—е, 3—н), с двухэлектродной потенциостатированной системой (рис. 5.1, д, е, к, л), трехэлектродной потенциостатированной системой (рис. 5.1, ж—ы, м, н), с механическим обрывом ртутных капель (рис. 5.1, б, г—з, к, л, н). При исключении синхронизатора 9 и клапана синхронизации 10 можно получить схемы, которые используют обычно для работы со стационарными электродами (рис. 5.1, в—н). [c.75] Источник развертки напряжения в ПУ-1 (рис. 5.6) включает генератор напряжения развертки 1 с регулятором скорости и переключателем направления развертки, инвертирующий усилитель напряжения развертки 2 (выход которого поступает на двухкоординатный самописец), задатчик амплитуды развертки 3 и нуль-орган 4, благодаря которым производится ограничение амплитуды развертки напряжения при ее ручном запуске и автоматический сброс и запуск развертки в режиме однокапельной ВПТ с БРН и при работе со стационарными электродами. Узел 5 входит в синхронизатор. Этот узел вырабатывает управляющий импульс для автоматического запуска развертки и ее остановки. [c.76] В качестве источника начального напряжения используют источник стабилизированного двухполярного напряжения, содержащий регулятор его величины и переключатель его полярности. [c.76] Следовательно, чем больше К, тем точнее потенциал индикаторного электрода будет соответствовать заданному. Поэтому при создании потенциостатов стремятся применять в их схеме усилители с /С—1 ООч-1 ООО при условии стабильности их работы. [c.77] Потенциостат обычно строят по типу дифференциальных усилителей постоянного тока. К первому входу усилителя подают поляризующее напряжение, ко второму — либо вывод преобразователя тока в напряжение (при двухэлектродной схеме), либо электрод сравнения (при трехэлектродной работе). Для предотвращения взаимного влияния входы усилителя должны быть высокоомными (не менее 100 МОм), а для того, чтобы не увеличивать существенно омическое сопротивление ячейки, выходное сопротивление потенциостата должно быть низкоомным. [c.77] Все эти требования, включая и высокий коэффициент усиления, обычно выполняются с помощью многокаскадного усилителя. Его первый каскад 4 (см. рис. 5.7) обеспечивает высокое входное сопротивление, второй 5 служит основным усилителем напряжения, третий 6 — это буферный согласующий каскад с низким выходным сопротивлением. Однако очень важно, чтобы первый каскад потенциостата обладал низким уровнем шумов, поскольку усиление шумов первого каскада следующим может серьезно ограничить чувствительность прибора. Поэтому электронные элементы первого каскада усилителя потенциостата подбирают по признаку обеспечения самого низкого уровня шумов. При концентрации ЭАВ 10 Ш через ячейку течет ток электрохимической реакции порядка 10- —10- А. На преобразователе ток—напряжение этот ток создает напряжение 0,5— 10 мкВ, пропорциональное сопротивлению преобразователя. Следовательно, для определения такой концентрации ЭАВ необходимо, чтобы уровень шумов первого каскада потенциостата был ниже указанного тока. [c.78] Запирание усилителя на 100 мс исключает прохождение основного импульса емкостного тока в усилительный тракт, настроенный на усиление полезного сигнала. При этом исключается перегрузка тракта передачи сигнала—усилителей, клапанов временной селекции и фазового детектора, а это обеспечивает стабильность работы этих узлов. [c.79] Особенность тракта передачи в полярографе ПУ-1 (рис. 5.8) заключается в возможности дифференцирования переменного тока по времени. Поскольку напряжение поляризации при развертке линейно изменяется во времени, то продифференцированная вольтамперограм-ма одновременно отражает и зависимость сИЩ от Е. Для этого служит дифференциальный усилитель с регулятором дифференцирования, в качестве которого применен интегральный операционный усилитель, в обратную связь которого включен другой интегральный операционный усилитель с конденсаторами с регулируемой емкостью в обратной связи. Эти конденсаторы служат для установления требуемой постоянной времени дифференцирования. Положение регулятора выбирают в зависимости от скорости развертки напряжения чем она больше, тем постоянная времени должна быть меньше. [c.79] Стробирование в полярографе ПУ- обеспечивают двумя путями системой фиксации момента отрыва капли при ее естественном падении и системой создания импульсов с устанавливаемой частотой для управления работой механического сбрасывающего устройства. [c.80] Вернуться к основной статье