Automatyczny system do pomiaru stężenia metali ciężkich w glebie Opiekun pracy: dr inż. Krzysztof Suchocki Konsultant pracy: dr inż. Krzysztof Suchocki Dyplomant: Bartosz Rendzionek

Zakres pracy : Studium literaturowe – metody pomiaru stężeń jonów metali. Opracowanie elementów systemu do pomiaru stężenia metali ciężkich w glebie : układu elektrod, układu polaryzującego oraz części pomiarowej. Opracowanie w oparciu o równania transportu jonów i metodę różnic skończonych modeli numerycznych rozkładu stężenia jonów, potencjału pola elektrycznego i rozkładu gęstości prądu.

Zakres pracy c.d.: Zoptymalizowanie konstrukcji systemu pomiarowego na podstawie otrzymanych wyników symulacji numerycznych. Wykonanie prototypu systemu pomiarowego. Przebadanie opracowanego prototypu systemu pomiarowego i określenie jego własności metrologicznych.

Cel pracy: Sporządzenie układu elektrod WE-CE wraz z elektrodami zwiększającymi rejestrowany prąd Opracowanie sposoby polaryzacji elektrod i ustalenie napięć polaryzacyjnych Wykonanie prototypu urządzenia pomiarowego i zbadanie jego właściwości metrologicznych

Literatura i bibliografia: Wolfgang Buchberger, „Elektrochemische Analyseverfahren”, Spektrum Akademischer Verlag, Berlin 1998, Z. Kowalski, W. Kubiak, J. Migdalski, „Instrumentalne metody analizy chemicznej”, AGH Skrypt nr 1276 W. Bogusz, F. Krok, „Elektrolity stałe – właściwości elektryczne i sposób ich pomiaru” Wydawnictwo Naukowo – Techniczne, Warszawa 1995

Postęp w pracy dyplomowej: Wykonany przegląd literaturowy Ustalono rodzaj metody dokonywania pomiaru Ustalono koncepcję pomiarową i metodykę pomiaru Opisano równania numeryczne niezbędne do podstawowych wyliczeń i przeprowadzenia analizy symulacyjnej układu

Przegląd literaturowy: Poruszono w nim następujące metody spotykane w oznaczanie metali ciężkich w elektrolicie/glebie: Atomowa spektrometria emisyjna Atomowa spektrometria absorpcyjna Woltamperometria Potencjometria Przeprowadzono również zgrubny przegląd rynku usług pomiaru stężeń metali w glebie

Rodzaj metody używanej do dokonania pomiarów: Zdecydowano się na metodę woltamperometryczną stałoprądową, z następujących względów: prostota metodyki łatwość dokonywania symulacji numerycznych lepsza wartość niektórych parametrów i wielkości Metoda będzie wzbogacona o elektrody zatężające poziom jonów w pobliżu WE dzięki zjawisku migracyjnemu (przyspieszanie jonów w polu elektrycznym)

Koncepcja pomiarowa i model celki: Celka pomiarowa ma kształt cylindryczny, którego zewnętrzna ścianka stanowi CE Wewnątrz głównego cylindra, znajduję się znacznie mniejszy współosiowy cylinder, który pełni rolę elektrody pomocniczej EP. Na skutek przyłożenia różnicy potencjału miedzy CE – EP, otrzymujemy pole elektryczne zatężające jony w pobliże WE WE stanowi współosiowa, do tych cylindrów, siatka walcowa, znajdująca się w pewnej, niewielkiej odległości, od EP

Założenia projektowe: Elektrody wykonane są ze stali nierdzewnej Celka zewnętrzna pełni rolę zarówno przeciwelektrody- przy pomiarze prądu i podczas polaryzacji przyspieszającej jony Elektroda pracująca WE jest siatką cylindryczną - na 80% swojej długości o wypełnieniu ½ Pomiar dokonywany będzie metodą woltamperometrzyczną stałoprądową Pomiar prądu – ruch dyfuzyjny, zatężanie – ruch migracyjny Gleba będzie wsypywana do środka, do zwiększenia rejestrowanego prądu użyję elektrolitu podstawowego KCl Współczynnik dyfuzji Di uznaję za stały przestrzennie, a początkowe stężenie danego metalu za jednakowe w całym ośrodku Pomijam lepkości i drobne konwekcje wynikające z wsuwania/wysuwania WE Analiza numeryczna zostaje uproszczona do przypadku 2D – rzut poprzeczny

Model celki pomiarowej – rysunek poglądowy:

Ograniczenia projektowe: Ze względu na rejestrowany prąd – zapewnienie odpowiedniej powierzchni WE Ze względu na liniowość i reakcje elektrochemiczna – odpowiedni stosunek pól powierzchni CE do WE Ze względu na objętość celki i masę potrzebnej do pomiaru gleby Ze względu na minimalne wykrywalne stężenia metalu w glebie Inne drobne ;)

Metodyka dokonywania pomiaru:

KONIEC