ячейка для исследования короткоживущих парамагнитных частиц

Формула изобретения

Ячейка для исследования короткоживущих парамагнитных частиц, образующихся при электролизе в жидкости, путем электронного парамагнитного резонанса, содержащая спиральный рабочий электрод и вспомогательный электрод, которые расположены в запаянной трубке, при этом вспомогательный электрод проходит по оси рабочего электрода, и электрод сравнения, отличающаяся тем, что вспомогательный электрод в нижней части закреплен на центрирующем держателе, причем трубка выполнена из кварцевого стекла.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройству ячеек для исследования короткоживущих парамагнитных частиц, образующихся при электролизе в жидкости, путем электронного парамагнитного резонанса и может быть использована для исследования электронного строения парамагнитных частиц, электрохимических и фотохимических реакций.

Известна ячейка [Ohya-Nishiguchi Н. Bull. Chem. Soc. Jpn. 1979, 52, N 7, 2064-2068] для исследования короткоживущих парамагнитных частиц, образующихся при электролизе в жидкости, путем электронного парамагнитного резонанса, содержащая спиральный рабочий электрод и вспомогательный электрод, проходящий по оси рабочего электрода и поддерживаемый двумя тефлоновыми держателями. Рабочий и вспомогательный электроды расположены в запаянной трубке.

Недостатком данной ячейки является то, что она не позволяет получать точные данные при исследовании электрохимических процессов в электролитах малой проводимости, а наличие тефлоновых держателей осложняет промывку ячейки и смену исследуемых образцов.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту является ячейка [Авт. свид. СССР N 1360372, МПК 5 G 01 N 24/10, опубл. 30.01.94, БИ N 2] для исследования короткоживущих парамагнитных частиц, образующихся при электролизе в жидкости, путем электронного парамагнитного резонанса, содержащий спиральный рабочий электрод и вспомогательный электрод, проходящий по оси рабочего электрода, оба электрода расположены в стеклянной трубке из простого стекла, нижний конец вспомогательного электрода впаян в конец запаянной стеклянной трубки. Ячейка дополнительно содержит электрод сравнения.

Недостатком известной ячейки является то, что она ненадежна в эксплуатации из-за частой поломки ячейки в месте контакта вспомогательного электрода и стекла, особенно при исследовании в различных температурных условиях. Также нельзя проводить эксперименты при УФ-облучении.

Задачей изобретения является создание ячейки для исследования короткоживущих парамагнитных частиц, образующихся при электролизе в жидкости, позволяющей надежно вести исследования в широком диапазоне температур и при УФ-облучении.

Техническая задача решается тем, что в ячейке для исследования короткоживущих парамагнитных частиц, образующихся при электролизе в жидкости, путем электронного парамагнитного резонанса, содержащей спиральный рабочий электрод и вспомогательный электрод, которые расположены в запаянной трубке, вспомогательный электрод проходит по оси рабочего электрода, и электрод сравнения, вспомогательный электрод в нижней части под рабочим электродом закреплен на центрирующем держателе, а трубка выполнена из кварцевого стекла, что увеличивает надежность ячейки и расширяет ее возможности при исследовании.

На чертеже изображена ячейка для исследования короткоживущих парамагнитных частиц, которая содержит спиральный рабочий электрод 1, вспомогательный электрод 2, которые расположены в запаянной трубке 3 из кварцевого стекла; вспомогательный электрод 2 в нижней части под рабочим электродом закреплен на центрирующем держателе 4, в верхней части закреплен с помощью пружинки 5; ячейка снабжена электродом сравнения 6, который имеет тонкий стеклянный капилляр 7 для исключения контактов с другими электродами; отвод 9 служит для откачки воздуха и создания заданной газовой атмосферы; имеются держатели 10, 11, 12 и клеммы 13, 14, 15 рабочего, вспомогательного электродов и электрода сравнения соответственно. Держатели электродов изготовлены из молибденовой проволоки и электрически соединены с соответствующими клеммами. Рабочий и вспомогательный электроды сделаны из золотой проволоки, электрод сравнения - из серебряной проволоки.

Заявляемая ячейка для исследования короткоживущих парамагнитных частиц, образующихся при электролизе в жидкости, путем электронного парамагнитного резонанса работает следующим образом.

Вспомогательный электрод 2 располагают по оси рабочего электрода 1 и центрируют с помощью кварцевого держателя 4 в виде конуса с отверстием. Рабочий электрод 1, выполненный в виде спирали, вспомогательный электрод 2 и держатель 4 помещают в запаянную кварцевую трубку 3. Спираль рабочего электрода 1 должна достаточно свободно входить в трубку 3, но зазор между внутренней стенкой трубки и спиралью должен быть минимальным, чтобы не нагружать резонатор при исследовании растворов с большими диэлектрическими потерями. Рабочий электрод 1 верхним концом вставляют в держатель 10. Вспомогательный электрод 2 в верхней части крепят с помощью токопроводящей металлической пружинки к держателю 11. Пружинка 5 обеспечивает электрический контакт вспомогательного электрода с держателем, поддерживает вспомогательный электрод в натянутом, центрированном положении. В рабочую часть запаянной трубки, которая ограничена высотой спирали рабочего электрода, помещают образец для исследования, например 0,0005 М раствор фенотиазина в ацетонитриле с добавлением 0,05 М перхлората тетраэтиламмония. Электрод сравнения 6, изолированный стеклянным капилляром 7 от рабочего и вспомогательного электродов, закрепляют в верхней части на держателе 12 и располагают между рабочим и вспомогательным электродами. Для удаления растворенного кислорода исследуемый раствор вакуумируют методом замораживания-откачки-размораживания через отверстие отвода 8 и отвод 9. Клеммы 13, 14 и 15 подсоединяют к выводам потенциостата. Ячейку помещают в зазор магнита спектрометра ЭПР так, чтобы рабочая часть ячейки находилась в резонаторе спектрометра. Устанавливают необходимую температуру и путем изменения величины потенциала и его полярности на рабочем электроде получают в исследуемом образце катионные или анионные частицы. Например, при электролизе вышеприведенного образца получают катион-радикалы фенотиазина при потенциале 0,8 B (a(N)=0,615 мТ, g=2,0055). Проведение того же эксперимента при УФ-облучении источником мощностью 250 Вт приводит к образованию свободных радикалов фенотиазина (a(N)=0,673 мТ, g=2,0049).

Таким образом, заявленная ячейка для исследования короткоживущих парамагнитных частиц, образующихся при электролизе в жидкости, надежна в эксплуатации, т.к. запаянная трубка изготовлена из кварцевого стекла, и ячейка позволяет проводить точные исследования не только электрохимических реакций, но и реакций под воздействием УФ-облучения.

Кроме того, она проста в изготовлении, т.к. вспомогательный электрод в нижней части под рабочим электродом закреплен на центрирующем держателе, а это в свою очередь упрощает промывку ячейки и смену образцов. Одна ячейка рассматриваемой конструкции позволяет провести без поломок не менее ста экспериментов.