RO122611B1

RO122611B1 - ELECTROCHEMICAL OPTICAL ANALYZER

Info

Publication number: RO122611B1
Application number: ROA200700709A
Authority: RO
Inventors: Sonia Gutt; Gheorghe Gutt
Original assignee: Universitatea "Ştefan Cel Mare" Din Suceava
Priority date: 2007-10-11
Filing date: 2007-10-11
Publication date: 2009-09-30

Abstract

The invention relates to an optical analyser meant for electrochemical applications, especially for applications in the field of galvanic deposition on a cathode of a galvanic cell, as well as of the morphology of size and growth of crystal grains deposited on the cathode. According to the invention, the optical analyser comprises a polychromatic radiation source (1), two branching optical fibres, the first branch of the first branching optical fibre (2) having the function of irradiating a cathode (3) through a collimating lens (4), the other branch having the function of taking over the information as reflected radiation from the cathode (3), while the second branching optical fibre (5) achieves, on the first branch, the transmission of the optical information taken over towards a microscopic analysis channel (6) provided with a camera (CCD) and a computer program meant for the optic-electronic analysis of the microscopic image, and on the second branch, the transmission of optical information to a UV-VIS spectroscope (7) provided with a diffraction grating, Diode-Array detector and a computer program for the automatic spectral analysis, the results being then used as successive spectrograms (8) reflecting in real time the evolution of the composition and concentration of the electrolyte in the close vicinity of the cathode (3) correlated with a corresponding series of video images (9) of the microscopic structure of crystal nuclei formed on the cathode (3) as a consequence of the electrochemical deposition of metal or metal alloy.

Description

Invenția se referă la un analizor optic destinat aplicațiilor electrochimice, în special celor din domeniul depunerilor galvanice, utilizat în determinarea concomitentă a evoluției compoziției chimice calitative și cantitative din imediata vecinătate a catodului, precum și în determinarea creșterii dimensionale și morfologiei germenilor metalici cristalini, depuși pe catodul celulei galvanice.The invention relates to an optical analyzer for electrochemical applications, especially those in the field of galvanic deposits, used in the simultaneous determination of the evolution of qualitative and quantitative chemical composition in the immediate vicinity of the cathode, as well as in determining the dimensional growth and morphology of crystalline metal germs. the cathode of the galvanic cell.

în vederea determinării compoziției chimice a electrolitului celulelor galvanice pe cale spectroscopică, este folosită fie metoda extragerii regulate a unor cantități mici de electrolit din baia galvanică și spectrofotometrarea acestora, fie metoda devierii continue în by-pass, a unei mici cantități de electrolit, care este trimisă de o pompă peristaltică printr-o celulă spectroscopică etanșă, specială. în vederea determinării mărimii germenilor cristalini și a morfologiei acestora, catodul este scos regulat din electrolit și trecut sub un microscop metalografic, în vederea efectuării studiului microscopic prin analiză optoelectronică de imagine (de ex. ca în cererea de brevet US 2004173453). Dezavantajul principal al acestor soluții tehnice îl reprezintă faptul că volumul de muncă este mare și că nu permit studiul în timp real al evoluției compoziției și concentrației electrolitului din imediata vecinătate a catodului și nici studiul în timp real al dimensiunii și morfologiei germenilor metalici cristalini ce formează depozitul metalic catodic, făcând imposibil inclusiv un studiu amplu, care să permită corelarea calității depozitului galvanic cu parametrii de lucru. La aceste dezavantaje se adaugă cel al modificării condițiilorde depunere prin întreruperea repetată a electrodepunerii și scoaterea catodului din baie.In order to determine the chemical composition of the electrolyte of galvanic cells spectroscopically, either the method of regular extraction of small amounts of electrolyte from the galvanic bath and their spectrophotometry is used, or the method of continuous deviation by bypass of a small amount of electrolyte sent by a peristaltic pump through a special, tight spectroscopic cell. In order to determine the size of the crystalline germs and their morphology, the cathode is regularly removed from the electrolyte and passed under a metallographic microscope, in order to perform the microscopic study by optoelectronic image analysis (eg as in US patent application 2004173453). The main disadvantage of these technical solutions is that the workload is high and does not allow real-time study of the evolution of the composition and concentration of the electrolyte in the immediate vicinity of the cathode or real-time study of the size and morphology of crystalline metal germs that form the deposit. cathodic metallic, making it impossible to include an extensive study, which would allow the correlation of the quality of the galvanic deposit with the working parameters. To these disadvantages is added that of changing the conditions of the deposit by repeatedly interrupting the electrodeposition and removing the cathode from the bath.

Un exemplu de analizor optic, în care să se regăsească atât un microscop cât și un spectroscop, este prezentat în cererea de brevet JP 2006 300886. Se prezintă un sistem de analiză optică microscopică, care nu generează drift termic al câmpului vizual chiar dacă se mărește strălucirea radiației de iluminare, și se pot defecta și identifica în mod sigur chiar materiale străine foarte fine.An example of an optical analyzer, in which both a microscope and a spectroscope can be found, is presented in patent application JP 2006 300886. A microscopic optical analysis system is presented, which does not generate thermal drift of the visual field even if it is magnified. the brightness of the lighting radiation, and even very fine foreign materials can be damaged and safely identified.

Sistemul cuprinde un microscop optic pentru mărirea și observarea unei probe, o parte de analiză spectroscopică în IR asupra unui câmp de observare al microscopului optic și un mecanism de iluminare pentru iluminarea câmpului de observație în microscopul optic. Se folosește un ghid de undă pentru iluminarea câmpului observat, care are o parte de iluminare folosind o radiație luminoasă pe care o dirijează asupra unui capăt al câmpului observat, în timp ce un alt capăt al câmpului iese din câmpul microscopului. Acest al doilea capăt este iluminat cu o sursă de lumină prin al doilea capăt al ghidului de undă.The system comprises an optical microscope for magnifying and observing a sample, a part of IR spectroscopic analysis on an observation field of the optical microscope and a lighting mechanism for illuminating the observation field in the optical microscope. A waveguide is used to illuminate the observed field, which has a portion of the illumination using light radiation that it directs to one end of the observed field, while another end of the field exits the microscope field. This second end is illuminated with a light source through the second end of the waveguide.

Problema tehnică pe care o rezolvă invenția este îmbunătățirea sistemelor de analiză optică în timp real a depunerilor galvanice.The technical problem solved by the invention is the improvement of real-time optical analysis systems of galvanic deposits.

Analizorul optic electrochimie conform invenției înlătură dezavantajele menționate mai sus prin aceea că folosește o structură originală compusă dintr-un spectroscop miniatural cu rețea de difracție fixă, detector Diode-Array și soft pentru analiză spectrală calitativă și cantitativă, un sistem microscopic miniatural prevăzut cu cameră video și soft de prelucrare opto-electronică de imagine, o sursă de radiație deuteriu-halogen și două fibre optice cu bifurcație din care cea care se introduce in electrolit este prevăzuă cu o lentilă colimatoare miniaturală pentru realizarea paralelismului radiației optice.The electrochemical optical analyzer according to the invention removes the disadvantages mentioned above in that it uses an original structure composed of a miniature spectroscope with fixed diffraction grating, Diode-Array detector and software for qualitative and quantitative spectral analysis, a miniature microscopic system provided with video camera and opto-electronic image processing software, a deuterium-halogen radiation source and two bifurcated optical fibers of which the one introduced into the electrolyte is provided with a miniature collimating lens for achieving the parallelism of the optical radiation.

Analizorul optic electrochimie, conform invenției, prezintă următoarele avantaje:The electrochemical optical analyzer according to the invention has the following advantages:

- permite determinarea concomitentă atât a evoluției compoziției și concentrației electrolitului din imediata vecinătate a catodului, cât și studiul în timp real al dimensiunii, morfologiei și creșterii germenilor metalici cristalini, ce formează depozitul metalic catodic;- allows the simultaneous determination of both the evolution of the composition and concentration of the electrolyte in the immediate vicinity of the cathode, and the real-time study of the size, morphology and growth of crystalline metal germs, which form the cathodic metal deposit;

- are o structură simplă și este ușor de deservit;- has a simple structure and is easy to serve;

- permite obținerea unor productivități mari la determinări, atât achiziția spectrelor cât și cea a imaginilor video este posibilă cu viteza de un spectru și o imagine video la o milisecundă;- allows to obtain high productivity at determinations, both the acquisition of spectra and that of video images is possible with the speed of a spectrum and a video image per millisecond;

RO 122611 Β1RO 122611 Β1

- sfera de aplicație depășește domeniul electrochimie, aparatul poate fi folosit cu succes 1 și în alte domenii ca, de exemplu, în studii biologice sau nucleare.- the scope goes beyond the field of electrochemistry, the device can be used successfully 1 in other fields as well, for example in biological or nuclear studies.

Se dă în continuare un exemplu de realizare a invenției în legătură cu figura care pre- 3 prezintă schema de principiu a analizorului optic electrochimie, conform invenției.An embodiment of the invention is given below in connection with the figure which shows the schematic diagram of the electrochemical optical analyzer according to the invention.

Analizorul optic electrochimie, conform unui exemplu de realizare a invenției, este format 5 dintr-o sursă de radiație policromatică 1, două fibre optice cu bifurcare; prima fibră cu bifurcare 2 realizează, pe o ramură, iradierea catodului 3 printr-o lentilă colimatoare 4 și, pe cealaltă ramură, 7 realizează preluarea informației sub formă de radiație reflectată de pe acesta; cea de-a doua fibră optică cu bifurcare 5 realizează, pe o ramură, transmiterea informației optice preluate 9 spre un canal microscopic 6, prevăzut cu cameră video CCD și soft specific de analiză optoelectronică a imaginii microscopice, iar pe cea de-a doua ramură realizează transmiterea 11 informației spectroscopice spre un spectroscop UV- VIS 7, prevăzut cu rețea de difracție, detector Diode -Array și soft de analiză automată a spectrelor. Rezultatul se valorifică sub forma unor 13 spectrograme 8, ce reflectă în timp real evoluția compoziției și concentrației electrolitului din imediata vecinătate a catodului, corelată cu o succesiune corespunzătoare de imagini video 9 15 a structurii microscopice a germenilor cristalini, ce se formează pe catod ca urmare a depunerii electrochimice a metalului sau aliajului metalic.17The electrochemical optical analyzer, according to an embodiment of the invention, consists 5 of a polychromatic radiation source 1, two bifurcated optical fibers; the first bifurcated fiber 2 performs, on one branch, the irradiation of the cathode 3 through a collimating lens 4 and, on the other branch, 7 performs the retrieval of the information in the form of radiation reflected from it; the second bifurcated optical fiber 5 performs, on a branch, the transmission of the retrieved optical information 9 to a microscopic channel 6, provided with a CCD video camera and specific software for optoelectronic analysis of the microscopic image, and on the second branch performs the transmission of 11 spectroscopic information to a UV-VIS 7 spectroscope, provided with a diffraction grating, Diode-Array detector and automatic spectrum analysis software. The result is capitalized in the form of 13 spectrograms 8, which reflect in real time the evolution of the composition and concentration of the electrolyte in the immediate vicinity of the cathode, correlated with a corresponding sequence of video images 9 15 of the microscopic structure of crystalline germs. of the electrochemical deposition of the metal or metal alloy.17

Claims

Optical electrochemical analyzer, characterized in that, in order to simultaneously perform21 the qualitative and quantitative spectroscopic analysis of the electrolyte layer in the immediate vicinity of the cathode of a galvanic cell, as well as to perform the microscopic analysis of the real-time growth of crystalline metal germs, deposited on the cathode, a UV-VIS optical analysis system composed of a polychromatic radiation source (1), two bifurcated optical fibers 25, the first branch of the first bifurcated fiber (2) having the role of irradiating a cathode (3) through a collimating lens (4), the other branch having the role of taking the information in the form 27 of reflected radiation from the cathode, the second bifurcated optical fiber (5) performs the transmission of optical information on the first branch taken to a microscopic channel (6) provided 29 with CCD video camera and optoelectronic analysis system of the microscopic image, and on the second branch r performs the transmission of spectroscopic information to a 31 UV-VIS spectroscope (7) equipped with an automatic spectrum analysis system.