home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ NetNews Usenet Archive 1992 #16 / NN_1992_16.iso / spool / sci / physics / fusion / 1839 < prev    next >
Encoding:
Internet Message Format  |  1992-07-26  |  8.5 KB

  1. Path: sparky!uunet!cs.utexas.edu!sun-barr!ames!agate!rsoft!mindlink!a752
  2. From: Bruce_Dunn@mindlink.bc.ca (Bruce Dunn)
  3. Newsgroups: sci.physics.fusion
  4. Subject: Measuring D2O2 in LiOD electrolytes
  5. Message-ID: <13765@mindlink.bc.ca>
  6. Date: 27 Jul 92 03:49:44 GMT
  7. Organization: MIND LINK! - British Columbia, Canada
  8. Distribution: world
  9. Lines: 160
  10.  
  11. Measurement of D2O2 in saturated LiOD solutions
  12.  
  13.  
  14. Background:
  15.       There has been some suspicion that some of the thermal effects seen in
  16. cold fusion cells may be related to the formation and later decomposition of
  17. deuterium peroxide.  This note describes a chemical assay for hydrogen peroxide
  18. which I have designed for testing very small samples of saturated LiOH.  It
  19. presumably would work as well for deuterium peroxide in LiOD.  I developed and
  20. fine-tuned the assay based on some previous work that I had done measuring
  21. peroxide in solution.  The assay has been tested with known peroxide
  22. concentrations and saturated LiOH, and has a sensitivity of at least 10E-4
  23. molar (0.0001 molar).
  24.  
  25. Principle:
  26.         Hydrogen peroxide oxidizes iodide ion (I-) to iodine (I2).  In a
  27. solution with excess iodide, the resultant iodine forms a complex with iodide
  28. to give the ion I3-.  The I3- is visualized by adding starch to the solution,
  29. which forms a blue complex with the I3-.  The peroxide oxidation of I- to I3-
  30. is relatively slow, so to speed up the reaction molybdate ion is added to the
  31. solution - the molybdate acts as a catalyst.  The color does not appear at
  32. alkaline pH, so the assay is performed in an acidic acetate buffer.
  33.  
  34. Reagents:
  35.  
  36. Hydrogen Peroxide
  37.         Drugstore 3% Hydrogen Peroxide (sometimes called 10 volume).  The
  38. bottle that I purchased was marked "3% w/v" which I take to be weight/volume,
  39. or 30 grams peroxide per liter.  The Merck index suggests that nominal "3%"
  40. material ranges in strength from 2.5 to 3.5 %.  For the purposes of a standard
  41. for a semiquantitative assay, the peroxide is assumed to be 3% by weight, which
  42. is 0.88 molar.  Be sure to use freshly bought peroxide, as it is unstable in
  43. long term storage.  If accurately calibrated standards of peroxide are needed,
  44. the peroxide concentration of solutions can be measured by ultraviolet
  45. spectrophotometry.  I am sorry, but I don't have the wavelength or extinction
  46. coefficient handy - if anyone has this information, would they please post it.
  47.  
  48.         From this material, prepare a series of standards by dilution in water.
  49. I prepared standards as follows:
  50.  
  51. 10E-1 molar = 10 ml of stock peroxide plus 78 ml of water for a total of 88 ml
  52. 10E-2 molar = 10 ml of 10E-1 M plus 90 ml water for a total of 100 ml
  53. 10E-3 molar = 10 ml of 10E-2 M plus 90 ml water for a total of 100 ml
  54. 10E-4 molar = 10 ml of 10E-3 M plus 90 ml water for a total of 100 ml
  55. 10E-5 molar = 10 ml of 10E-4 M plus 90 ml water for a total of 100 ml
  56.  
  57.         For the sake of clarity, note that in the notation that I am using,
  58. 10E-3 molar peroxide is 1 millimolar peroxide.
  59.  
  60.         Any other logical scheme could be used, depending on the glassware etc.
  61. available.
  62.  
  63. Potassium Iodide, KI  :  MW 166  - sodium iodide would probably work as well
  64.  
  65. Ammonium Molybdate, (NH4)6Mo7O24.4H2O : MW 1236  - probably any other molybdate
  66. salt would work
  67.  
  68. Acetic Acid:    glacial acetic acid
  69.  
  70. Starch:         Liquid Laundry Starch:  I bought a $2 bottle of "Glide Fabric
  71. Starch" at my local grocery store.  The starch is a viscous, somewhat cloudy
  72. liquid with a very faint blue tinge.
  73.  
  74.  
  75. Color Reagent (prepare fresh each day):
  76.  
  77. 1) weigh 166 mg of Potassium Iodide and 12 mg of Ammonium Molybdate, and
  78. dissolve in 24 ml water
  79. 2) add 25 ml glacial acetic acid
  80. 3) add 1 ml liquid starch
  81.  
  82. This produces a reagent containing:
  83.  
  84. 2x10E-2 molar Potassium Iodide - this concentration is not critical within a
  85. factor of approximately 2 or 3 fold
  86.  
  87. 2x10E-4 molar Ammonium Molybdate - this concentration is not critical within a
  88. factor of approximately 10 fold
  89.  
  90. 50% acetic acid  - this concentration is not critical, but must be high enough
  91. to over-neutralize any base added to it
  92.  
  93. 2% liquid starch - this concentration is not critical within a factor of
  94. approximately 2 or 3 fold
  95.  
  96. The concentrations used were determined in a series of trials using 10E-3 molar
  97. peroxide, and aiming for the maximum color development.  If someone wants to
  98. further develop the assay, it would be appropriate to use a 10E-4 M peroxide
  99. standard, and vary the iodide and starch concentration for maximum color.  The
  100. molybdate is catalytic, and it's concentration hardly affects the final color -
  101. if the molybdate however is left out, little or no color develops.  If either
  102. too much starch or too much iodide is used, the color is less intense and tend
  103. to be a golden brown rather than blue
  104.  
  105. The assay is performed by adding together 1 volume of the LiOD, 1 volume of
  106. color reagent, and 1 volume of either water or hydrogen peroxide standard.
  107.  
  108. Assay blank:                    1 volume color reagent and 2 volumes water
  109.  
  110. Experimental determination:     1 volume color reagent, 1  volume LiOD,
  111.                                 1 volume water
  112.  
  113. Positive Control:               1 volume color reagent, 1 volume LiOH,
  114.                                 1 volume peroxide standard
  115.  
  116. Note that saturated LiOD will be somewhere around 5 molar (one reference book
  117. lists the solubility of LiOH as 128 grams/liter at 20 degrees, or 5.34 molar).
  118. The color reagent contains 50% acetic acid, which is just a little under 9
  119. molar.  Equal volumes of LiOD and color reagent are added, with the LiOD
  120. neutralizing about half the acid, and forming an acetate buffer in the mixture.
  121.  
  122. The volumes used can be varied depending on how much material is withdrawn from
  123. the cell.  I performed my assays in very small plastic centrifuge tubes using
  124. 50 microliters (about 2 drops) of saturated LiOH (I am not in the cold fusion
  125. business so don't have any LiOD), 50 microliters of color reagent, and 50
  126. microliters of peroxide standard or water.  This could probably be scaled down
  127. to 1 drop of each in the bottom of a tube or as a spot test on a piece of wax
  128. paper or plastic.
  129.  
  130. Using 50 microliters of color reagent, 50 microliters of saturated LiOH, and 50
  131. microliters of peroxide or water, I found that 10E-1 molar and 10E-2 molar
  132. peroxide produced an almost instantaneous dark blue-black color.  10E-3 molar
  133. peroxide produced a dark blue color, but took a couple of minutes.  10E-4 molar
  134. peroxide over several minutes produced a yellow-brown color, clearly
  135. distinguishable from the colorless solution produced by substituting water for
  136. the peroxide.  10E-5 molar peroxide or water gave no visible color.
  137.  
  138. The assay as described is only semiquantitative, and has a detection limit of
  139. at least 10E-4 molar.   Using standards of peroxide, I think the assay will be
  140. good enough to put an upper limit of say 10E-4 molar on the deuterium peroxide
  141. concentration in a 1 or 2 drop sample taken from a cell (ie. if you see no
  142. color, but show using the same reagents that you can detect the peroxide in an
  143. equivalent volume of 10E-4 molar hydrogen peroxide standard, then the LiOD has
  144. to have less than the 10E-4 molar peroxide).
  145.  
  146. As an alternative to using starch for visualizing the I3-, it is possible to
  147. measure the I3- at 360 nm in a spectrophotometer.  This would require that the
  148. volumes be scaled up to give enough volume for a spectrophotometer cell.  Using
  149. spectrophotometry at 360 nm would make the assay more quantitative and would
  150. possibly boost the sensitivity by a factor of 10 or so (detection of 10E-5
  151. molar peroxide or better).  If 360 nm absorbance is used, the provision of
  152. appropriate blanks is important to avoid the possibility that 360 nm absorbance
  153. comes from the reagents or impurities in the used LiOD.
  154.  
  155.         Peroxide is stated by reference books to be unstable in alkali, and a
  156. trace of acid is often added to commercial peroxide as a stabilizer. I have
  157. added 50 microliters of 10E-4 molar peroxide to 50 microliters of saturated
  158. LiOH - after 10 minutes I added the acidic color reagent.  Assays performed in
  159. the manner gave the same color intensity as did assays using peroxide which had
  160. not been pre-incubated with LiOH.  This suggests that at least on a short term
  161. basis, peroxide is stable enough to potentially accumulate with time in a LiOD
  162. solution.
  163.  
  164.         I leave it to others to do the appropriate calculations to calculate
  165. whether the detection limit of 10E-4 molar is adequate to rule out peroxide
  166. effects in cells.  If not, I would be prepared to further fine tune the assay,
  167. probably using larger volumes and spectrophotometry at 360 nm.
  168.  
  169. --
  170. Bruce Dunn    Vancouver, Canada   Bruce_Dunn@mindlink.bc.ca
  171.