РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ, ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ |
(19)
RU
(11)
(13)
C1
|
|||||
|
||||||
| Статус: | не действует (последнее изменение статуса: 22.01.2023) |
| Пошлина: | учтена за 14 год с 22.07.2018 по 21.07.2019. Возможность восстановления: нет. |
|
(21)(22) Заявка: 2005123219/04, 21.07.2005 (24) Дата начала отсчета срока действия патента: (45) Опубликовано: 27.09.2006 Бюл. № 27 (56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: ПЛАКАТИНА О.С, БОРБАТ В.Ф., МУХИН В.А., АНДРЕЕВА А.Л. Известия ВУЗов. Химия и химическая технология. 1992, т.35, В.11-12, с.142-143. RU 94042921 А1, 10.10.1996. RU 2176077 C1, 20.11.2001. RU 2247970 С1, 10.03.2005. RU 2096759 C1, 20.11.1997. SU 1744590 А1, 30.06.1992. SU 517841 А1, 29.06.1976. Адрес для переписки: |
(72) Автор(ы):
(73) Патентообладатель(и):
|
(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТОЯНИЯ ВОДЫ
(57) Реферат:
Изобретение относится к исследованию и анализу воды и может быть использовано для определения состояния электрохимически активированной воды в разное время после активации. Способ определения состояния электрохимически автивированной воды заключается в том, что устанавливают тестовые значения, соответствующие неактивированному и электрохимически активированному состоянию воды в виде величин Δf1 и Δf2 изменения собственной частоты колебаний пьезокварцевого датчика АТ-среза при нанесении на него пробы неактивированной и активированной воды, определяют величину изменения собственной частоты колебаний указанного датчика при нанесении на него пробы исследуемой воды и определяют ее состояние по изменению структурно-чувствительных свойств в разное время после активации при сравнении полученной величины Δf изменения собственной частоты колебаний вышеуказанного датчика после нанесения на него исследуемого образца с тестовыми значениями Δf1 и Δf2. Достигается высокая воспроизводимость, достоверность и экспрессность определения. 3 табл.
Изобретение относится к исследованию и анализу воды и может быть использовано для определения состояния электрохимически активированной воды в разное время после активации. Электрохимически активированная вода или растворы, приготовленные на ее основе, применяются в медицине, сельском хозяйстве, пищевой и текстильной промышленности, производстве строительных материалов и т.д. Такое широкое применение электрохимически активированной воды указывает, что под ее влиянием повышается биологическая, химическая активность веществ, улучшаются товарные свойства производимой продукции, что обусловлено структурными изменениями данной воды по сравнению с неактивированной. Но электрохимически активированная вода обладает способностью релаксировать к исходному состоянию, утрачивая при этом активирующие свойства, результатом чего является снижение эффективности процессов, протекающих с ее участием. В связи с этим для эффективного применения электрохимически активированной воды имеет значение возможность определения ее состояния в разное время после активации.
Известно, что различие состояний исходной и активированной в автоклаве воды установлено методами потенциометрического и кондуктометрического титрования (Летников Ф.А., Кащеева Т.В., Минцис А.Ш. Активированная вода. - Новосибирск: Наука, 1976, 134 с.). Кривые потенциометрического и кондуктометрического титрования сравниваемых водных систем имели разную динамику.
Известно, что эффективность магнитной обработки водной системы определяли методом диэлектрометрии (Семихина Л.П., Салецкий А.М. // Химия и технология воды, т.13, №1, 1991, с.80-82). В омагниченной воде по сравнению с исходной изменялась величина тангенса диэлектрических потерь.
Известно применение методов потенциометрического, кондуктометрического титрования, диэлектрометрии для определения состояния электрохимически активированной воды (Плакатина О.С., Борбат В.Ф., Мухин В.А., Андреева А.Л. Тангенс диэлектрических потерь как индикатор электрохимической активации воды. // Известия ВУЗов. Химия и химическая технология. 1992, Т.35, вып.11-12, с.142-143; Плакатина О.С., Борбат В.Ф., Мухин В.А. Потенциометрическая и кондуктометрическая индикация эффекта электрохимической активации воды. // Известия ВУЗов. Химия и химическая технология. 1993, Т.36, вып.6, с.44-47). Сравнение кривых потенциометрического и кондуктометрического титрования растворами электролитов, тангенсов диэлектрических потерь растворов электролита на основе неактивированной и электрохимически активированной воды показало их достоверное отличие.
Но указанные методы имеют ряд существенных недостатков, ограничивающих их применение в производственных условиях. Во-первых, необходима большая подготовительная работа, заключающаяся в выборе электролита, его концентрации. В методе диэлектрометрии необходимо установить диапазон частот, в котором наблюдаются наибольшие диэлектрические потери. При проведении потенциометрического и кондуктометрического титрования с целью индикации состояния растворителя имеет значение объем пробы раствора титранта. Изменение рН, электропроводности, тангенса диэлектрических потерь обусловлено взаимным влиянием электролита и растворителя. Следовательно, необходим наиболее чувствительный к состоянию воды электролит. Чтобы усилить влияние электрохимически активированной воды на свойства электролита, возможно использование очень разбавленных растворов. В титриметрических методах концентрация растворов титрантов составляла 10-4 моль/л. Для определения тангенса диэлектрических потерь на электрохимически активированной и неактивированной воде готовились растворы сульфата натрия концентрацией 10-3 экв/л. Более концентрированные растворы электролитов нивелировали различия в состояниях неактивированного и электрохимически активированного растворителей. Использование столь разбавленных растворов электролитов создавало условия получения экспериментальных результатов на пределе чувствительности данных методов. Следствием чего было увеличение погрешности и уменьшение воспроизводимости результатов. Это второй недостаток методов, используемых для определения состояния электрохимически активированной воды. Для получения достоверных результатов необходимо проведение параллельных серий. Выборка результатов потенциометрического, кондуктометрического титрований, метода диэлектрометрии с учетом низкой воспроизводимости и большой погрешности должна состоять не менее чем из 5 вариантов. Для проведения одного титрования может потребоваться не менее 20 минут. Следовательно, конечный результат может быть получен примерно через один час. Таким образом, третьим недостатком рассматриваемых методов является низкая экспрессность, что в производственных условиях, требующих оперативного управления технологическими процессами, недопустимо. Методы потенциометрического, кондуктометрического титрования, диэлектрометрии более пригодны для проведения научно-исследовательских работ, связанных с изучением свойств электрохимически активированной воды. Данные о состоянии активированного растворителя, получаемые этими методами, следует рассматривать как косвенные.
Наиболее близким по технической сущности, в частности по природе регистрируемого процесса, и экспрессности к заявляемому способу является диэлектрометрический способ, характеристика которого приведена выше (Плакатина О.С., Борбат В.Ф., Мухин В.А., Андреева А.Л. Тангенс диэлектрических потерь как индикатор электрохимической активации воды. // Известия ВУЗов. Химия и химическая технология. 1992, Т.35, вып.11-12, с.142-143). В методе диэлектрометрии определяются диэлекрические потери, возникающие в исследуемом объекте при наложении определенной частоты.
Задачей изобретения является разработка способа определения состояния электрохимически активированной воды, позволяющего оперативно получать прямые, достоверные, хорошо воспроизводимые данные о ее состоянии.
Указанный технический результат достигается тем, что способ определения состояния электрохимически автивированной воды заключается в том, что устанавливают тестовые значения, соответствующие неактивированному и электрохимически активированному состоянию воды в виде величин Δf1 и Δf2 изменения собственной частоты колебания пьезокварцевого датчика АТ-среза при нанесении на него пробы неактивированной и активированной воды, определяют величину изменения собственной частоты колебания датчика при нанесении на него пробы исследуемой воды и определяют ее состояние по изменению структурно-чувствительных свойств в разное время после активации при сравнении полученной величины Δf изменения собственной частоты колебаний вышеуказанного датчика после нанесения на него исследуемого образца с тестовыми значениями Δf1 и Δf2.
Сущность изобретения поясняется следующим описанием. При нанесении с помощью микрошприца пробы исследуемой воды объемом 1 мкл на поверхность пьезокварцевого датчика АТ-среза изменяется его собственная частота колебаний. Известно, что относительное изменение собственной частоты колебаний пьезокварцевой пластины АТ-среза определяется свойствами нагрузки, наносимой на ее поверхность, и описывается уравнением (Орлов Г.Ю., Малов В.В. // Автоматизация управления технологическими процессами. - М.: Атомиздат, 1979, вып. 3, с.55-76):
где ρк, τк - плотность и толщина кварцевой пластины;
ρ, 
- плотность и вязкость нагрузки.
Из уравнения следует, что изменение собственной частоты колебаний пьезокварцевой пластины обусловлено вязкостью и плотностью исследуемого образца, являющихся структурно чувствительными свойствами.
Авторами установлено, что по изменению собственной частоты колебаний пьезокварцевой пластины под нагрузкой 1 мкл неактивированной и электрохимически активированной воды можно достоверно зафиксировать различие их состояний.
Методика определения изменения частоты колебаний пьезокварцевого датчика под нагрузкой заключается в следующем. От генератора на пьезокварцевую пластину АТ-среза подается частота, резонансная собственной частоте колебаний пьезокварцевого датчика, сигнал от которого передается на электронносчетный частотомер. Время измерения частотомером частоты составляет 1 секунду. Первоначально измеряется собственная частота колебаний датчика f0 без нагрузки, затем - частота колебаний датчика f под нагрузкой исследуемого образца сразу после нанесения на поверхность. За 20 минут, необходимых для проведения лишь одного титрования, можно получить выборку значений частоты колебаний датчика под нагрузкой, состоящую из 30 вариантов, что позволяет обеспечить высокую экспрессность способа.
Авторами выбраны масс-чувствительные пьезокварцевые датчики АТ-среза, так как они характеризуются очень высокой чувствительностью (до 5*10-10 г/см2 Гц), поэтому минимально возможное изменение структурно чувствительных свойств электрохимически активированной воды может быть ими зафиксировано. Масс-чувствительность пьезокварцевых датчиков АТ-среза позволяет их рассматривать в качестве микровесов, что предполагает установление максимально возможной нагрузки. Превышение этой нагрузки приводит к срыву микровесов. Для выбранного авторами пьезокварцевого датчика АТ-среза максимально возможная нагрузка соответствовала 1 мкл. Изменение собственной частоты колебаний выбранного авторами пьезокварцевого датчика под нагрузкой 1 мкл необработанной воды составило Δf1=f0-f1=(0,64±0,02)кГц, под нагрузкой 1 мкл электрохимически активированной воды - Δf2=f0-f2=(0,55±0,02)кГц. Величины Δf1 и Δf2 изменения собственной частоты колебания пьезокварцевого датчика АТ-среза под нагрузкой пробы неактивированной и электрохимически активированной воды являлись тестовыми, позволяя определить состояние воды в разное время после ее электрохимической активации сравнением полученной величины Δf с тестовыми величинами Δf1 и Δf2.
Для оценки правильности и воспроизводимости экспериментальных результатов проводились параллельные измерения. С целью демонстрации преимуществ заявляемого способа перед методами потенциометрического, кондуктометрического титрования, диэлектрометрии в таблице 1 приводится их сравнение по воспроизводимости и правильности определения состояния электрохимически активированной воды, причем приводятся средние значения коэффициентов вариации и относительных погрешностей (n=6; Р=0,95).
| Таблица 1 | ||||
| Название способа | Электролит | Концентрация, экв/л | Коэффициент вариации, % | Относительная погрешность, % |
| Заявляемый способ | - | - | 1,8 | 3,0 |
| Кондуктометрическое | KCl | 8,0 | 4,0 | |
| титрование | HCl | 10-4 | 13 | 5,0 |
| AlCl3 | 6,0 | 6,0 | ||
| Потенциометрическое | KCl | 18 | 15 | |
| титрование | HCl | 10-4 | 19 | 17 |
| AlCl3 | 13 | 10 | ||
| Метод диэлектрометрии | Na2SO4 | 10-3 | 10 | 9,0 |
Из таблицы следует, что в заявляемом способе:
1) нет загрязнения исследуемой воды электролитами;
2) коэффициент вариации в среднем меньше в 6,4 раза, относительная погрешность - в 3,1 раза, чем других известных методов.
Следовательно, предлагаемый прямой способ определения состояния электрохимически активированной воды, кроме экспрессности, имеет еще более высокие воспроизводимость, точность и позволяет оценивать структурные изменения непосредственно растворителя (воды), без загрязнения его посторонними электролитами.
Пример 1. Электрохимическая активация дистиллированной воды проводилась при плотности тока 0,08 мА/см2 в течение 30 минут в диафрагменном электролизере с титановыми электродами. Электрохимическая активация проводилась при условиях, исключающих протекание электрохимических превращений воды. Показателем отсутствия этих процессов являлось статистически недостоверное отличие рН исходной и активированной при указанных условиях дистиллированной воды. Неактивированная дистиллированная вода имела рН=5,55±0,1 (n=12, Р=0,95). Католит имел рН=(5,75±0,1), анолит - 5,35±0,1 (n=3, Р=0,95).
Сразу после прекращения активации и в течение всего времени релаксации осуществлялась индикация состояния католита и анолита по изменению собственной частоты колебаний пьезокварцевого датчика. Для этого с помощью частотомера измерялась собственная частота колебаний датчика без нагрузки и под нагрузкой 1 мкл исследуемой водной системы сразу после ее нанесения на поверхность. Определение состояния электрохимически активированной воды проводилось через каждый час в течение 6 часов сразу после активации. Через 24 часа после активации интервал измерения собственной частоты колебаний датчика под нагрузкой пробы исследуемой воды составлял 12 часов. В таблице 2 приведены экспериментальные результаты изменения собственной частоты колебаний пьезокварцевого датчика под нагрузкой неактивированной и активированной воды при плотности тока 0,08 мА/см2 в течение 30 минут в разное время после активации (n=22, Р=0,95). Через 36 часов после активации Δf2 составляло 0,55 кГц.
| Таблица 2. | ||||||||||
| Растворитель | Δf2 датчика под нагрузкой активированной воды в разное время после ее активации, кГц | Δf1 (Н2О), кГц | ||||||||
| 0 час | 1 час | 2 час | 3 час | 4 час | 5 час | 6 час | 24 час | 48 час | ||
| католит | 0,55 | 0,55 | 0,55 | 0,55 | 0,55 | 0,55 | 0,55 | 0,55 | 0,64 | 0,64 |
| анолит | 0,55 | 0,55 | 0,55 | 0,55 | 0,55 | 0,55 | 0,55 | 0,55 | 0,64 | |
Пример 2. Электрохимическая активация дистиллированной воды проводилась при плотности тока 0,02 мА/см2 в течение 30 минут в диафрагменном электролизере с титановыми электродами. Сразу после прекращения активации и в течение всего времени релаксации осуществлялась индикация состояния католита и анолита по изменению собственной частоты колебаний пьезокварцевого датчика. Для этого с помощью частотомера измерялась собственная частота колебаний датчика без нагрузки и под нагрузкой 1 мкл исследуемой водной системы сразу после ее нанесения на поверхность. В таблице 3 приведены экспериментальные результаты изменения собственной частоты колебаний пьезокварцевого датчика под нагрузкой неактивированной и активированной воды при плотности тока 0,02 мА/см2 в течение 30 минут в разное время после активации (n=22, Р=0,95).
| Таблица 3. | ||||||||
| Растворитель | Δf2 датчика под нагрузкой активированной воды в разное время после ее активации, кГц | Δf1 (Н2О), кГц | ||||||
| 0 час | 1 час | 2 час | 3 час | 4 час | 5 час | 6 час | ||
| католит | 0,55 | 0,55 | 0,55 | 0,55 | 0,55 | 0,55 | 0,64 | 0,64 |
| анолит | 0,55 | 0,55 | 0,55 | 0,55 | 0,55 | 0,55 | 0,64 | |
Таким образом, авторами установлена возможность прямого определения активированного или неактивированного состояния воды по величине изменения собственной частоты колебаний пьезокварцевого датчика АТ-среза при нанесении на него пробы исследуемой водной системы.
Формула изобретения
Способ определения состояния электрохимически активированной воды, заключающийся в установлении тестовых значений, соответствующих неактивированному и электрохимически активированному состоянию воды в виде величин Δf1 и Δf2 изменения собственной частоты колебаний пьезокварцевого датчика АТ-среза при нанесении на него пробы неактивированной и активированной воды, определении величины изменения собственной частоты колебаний указанного датчика при нанесении на него пробы исследуемой воды и определении ее состояния по изменению структурно-чувствительных свойств в разное время после активации при сравнении полученной величины Δf изменения собственной частоты колебаний вышеуказанного датчика после нанесения на него исследуемого образца с тестовыми значениями Δf1 и Δf2.
ИЗВЕЩЕНИЯ
QB4A Государственная регистрация договора о распоряжении исключительным правом
Дата и номер государственной регистрации предоставления права использования по договору:
17.05.2012
Условия договора:
Лицо(а), предоставляющее(ие) право использования: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный университет им. Ф.М. Достоевского" (RU)
Лицо, которому предоставлено право использования: Общество с ограниченной ответственностью "Оранжел" (RU)
Вид договора: лицензионный
Дата внесения записи в Государственный реестр: 17.05.2012
Дата публикации: 27.06.2012
MM4A Досрочное прекращение действия патента из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 22.07.2019
Дата внесения записи в Государственный реестр: 05.06.2020
Дата публикации и номер бюллетеня: 05.06.2020 Бюл. №16