多阶半微分交流示波计时电位仪

本发明涉及一种分析仪器，特别是一种可进行多阶半微分测定的交流示波计时电位仪。

交流示波计时电位法(ACOCP)是由J.Heyrovsky于1941年提出的一种控制电流的电分析方法。近50年来，ACOCP法已得到了长足的发展，主要体现在三个方面：一是已建立了多种ACOCP方法，并且广泛地应用于物质的定性和定量分析，其中示波滴定已经成为电滴定分析的一个新领域；二是在电极过程研究中ACOCP法具有超过其它电分析方法的优点；三是由于ACOCP法的应用范围增加，促进了这一方面理论研究的发展和成熟。在交流示波计时电位仪器研究方面，1943年Heyrovsky与Forejt制作了第一台交流示波计时电位仪。1987年，汪秀龄和赵常志设计并由山东电讯七厂生产了我国第一台交流示波计时电位滴定仪(原名称为LS-1及2型交流示波极谱滴定仪)。上述仪器主要由恒流源、电解池、微分器和示波器组成，它仅能够产生E-t、dE/dt-t(E)信号，其灵敏度和产生的示波图的分辨率均较差，不能够满足理论和应用研究的需要。

本发明的目的是提供一种能进行0.5-3.5次微分，可产生多种示波信号，而且测定灵敏度、分辨率较高的交流示波计电位仪，以克服现有技术的不足。

本发明的实现过程如下：

附图1为本发明线路原理图。

附图2为本发明半微分器、IR降扣除电路、滤波电路、微分器电路图。

附图3为本仪器0.5-3.5次微分示波图形。

附图4为在0.2mol/LKNO₃溶液中In³⁺和Cd³⁺的示波图。

本发明所依据的数学原理：

根据Riemann-Liouville关于微积分的定义：

如附图1所示，本电位仪设置有半微分器，并与IR降扣除电路和微分器D1相连接；三个低通滤波器F1、F2、F3截止频率分别设定为2500Hz、3000Hz、4000Hz；该仪器将2次或2.5次微分示波信号通过反馈线路FBV反馈回1次或1.5次微分器的输入端。

要获得0.5-3.5次微分的交流示波计时电位图关键是获得半微分示波图，本发明是利用电子学上的模拟运算技术实现半微分过程的，利用互补式梯型网络构成半微分线路。如附图2所示，本发明的半微分器由半微分装置与直流补偿装置组成，并通过转换开关K相连接，转换开关K中，当1与3相连时，则2与4相连；当1与2相连时，则3与4相连，半微分装置由电阻、电容器和运算放大器组成，其各元件参数为：R34为1K,R35为22K,R36为2K,R37为6.3K,R38为63K,R39为630K,R40为8.3M,R41为2K,R42为20K,R43为200K,R44为2000K,R46为100K,C5为0.5μF,C6为1.6μF,C7为16μF,C8为160μF,C9为0.5μF,C10为5μF,C11为50μF。Cl2为500μF,C13为2080μF；直流补偿装置由电阻、运算放大器和二极管组成，其中运算放大器Ⅸ的负输入端与输出端通过R49相连，R49阻值为100K，阻值为100K的电阻R48的一端与运算放大器Ⅸ的正输入端相连，R48另一端接地，运算放大器Ⅸ的输出端与运算放大器Ⅹ的负输入端通过阻值为10K的电阻R50相连，运算放大器Ⅹ的负输入端与二极管D2的正极端相连，其负极端与运算放大器Ⅹ的输出端相连，运算放大器Ⅹ的正输入端接地，开关的接线柱4分别与阻值为62K的电阻R47和电位器R51的滑动端相连，R51一端与电阻R52相连，另一端与阻值为47K的电阻R53相连。

本发明的IR降扣除电路由运算放大器和电阻组成，其中运算放大器Ⅰ、Ⅱ的负输入端分别与其输出端相连接，运算放大器Ⅰ、Ⅱ的输出端分别与运算放大器Ⅲ的负输出端、正输入端通过电阻R21、R22相连，运算放大器Ⅲ的正输入端与电阻R23相连，R23的另一端接地，运算放大器Ⅲ负输入端与输出端通过电阻R24相连，运算放大器Ⅲ的输出端与运算放大器Ⅳ负输入端通过电阻R25相连，运算放大器Ⅳ的负输入端与输出端通过R26相连，运算放大器Ⅳ的正输入端分别与电阻R27、R28相连，电阻R27的另一端接地，电阻R28的另一端与电位器R29的滑动端相连。

本发明的优点与积极效果：该仪器具有较高的灵敏度，较好的分辨率和重现性；对于噪音，该仪器具有较好的拟制功能；该仪器可输出dE/dt-t(Y-t)、Y²-t、Y³-t、Y^0.5-t、Y^1.5-t、Y^2.5-t、Y^3.5-t等示波信号；用于示波滴定时，滴定终点清晰，变化敏锐，灵敏度高；可以方便的进行峰参数的测定；该仪器也可以用于理论研究工作，灵活方便，有较高的实用价值。

附图1各部分名称如下：DC表示直流电源，AC表示交流信号源，A为加法器，B为恒流源，C表示电解池，E表示差分电路和IR降扣除电路，H、P为半微分器，D1、D2和D3为三级上升时间不同的微分器，F1、F2和F3为截止频率不同的三个低通滤波器，T表示峰参数测量装置，J为整形电路，Os表示示波器，K为功能开关，1R2′为电压反馈线路(FBV)。

附图3为使用本仪器在2×10^-5mol/L Cd²⁺的NaOH醋酸缓冲溶液(PH=4)中作出的0.5-3.5次微分示波计时电位图，其中a为dE/dt-E电位图，b为d^0.5E/dt^0.5-E电位图，c为d^1.5E/dt^1.5-E电位图，d为d^2.5E/dt^2.5-E电位图，e为d^3.5E/dt^3.5-E电位图。

附图4为在[Cd²⁺]=3.8×10^-5mol/L,[In³⁺]=5.0×10^-5mol/L的0.2mol/L KNO₃溶液中In³⁺和Cd²⁺的示波图，其中a表示dE/dt-E曲线，b表示d^3.5E/dt^3.5-E曲线。