Газоанализатор термокондуктометрический Диск-ТК

Loeng 11
АНАЛИЗ СОСТАВА ГАЗОВ
Общие сведения
Средства измерения, применяемые в различных отраслях промышленности,
научных исследованиях для анализа состава газов, называются газоанализаторами. На основе непрерывного автоматического контроля состава газов
осуществляется автоматизированное управление химико-технологическими
процессами, связанными с получением и использованием газов в металлургии,
коксохимическом производстве, нефтепереработке, газовой промышленности.
При сжигании органических топлив на тепловых электрических станциях
автоматические газоанализаторы используются для контроля за процессом
горения и определения требуемого избытка воздуха. Не менее важные функции
возложены на приборы газового анализа, работающие в системах,
обеспечивающих безопасное функционирование технологических объектов. К
числу таких приборов относятся газоанализаторы, измеряющие концентрацию
водорода в системе охлаждения турбогенераторов, в газах обдувок аппаратов с
радиоактивным теплоносителем на АЭС и т.д.
Для измерения концентрации одного из компонентов газовой смеси используется
то или иное физико-химическое свойство этого газа, отличающееся от свойств
остальных газов. Чем резче это отличие и чем оно специфичнее, тем выше
чувствительность метода и проще осуществляется подготовка пробы газа.
Разнообразие используемых в газоанализаторах методов измерения обусловлено
обширностью анализируемых компонентов газовых смесей и широким диапазоном
изменения их концентраций.
Подавляющее большинство промышленных автоматических газоанализаторов
предназначено для измерения концентрации одного компонента в смеси газов. В
этом случае смесь газов рассматривается как бинарная, в которой определяемый
компонент влияет на измеряемое физико-химическое свойство смеси, а остальные
компоненты, независимо от их состава и концентрации, не влияют и считаются
вторым компонентом смеси.
Существуют газоанализаторы, предназначенные для анализа различных
составляющих многокомпонентных газовых смесей, в большинстве случаев эти
приборы
используются
в
лабораторной
практике.
Газоанализаторы
градуируются в процентах по объему, г/м3, мг/л. Первая единица измерения
является более удобной, поскольку процентное содержание компонентов газовой
смеси сохраняется при изменении температуры и давления. Воспроизведение
единиц измерения концентрации компонентов газовых смесей производится с
помощью аттестованных эталонных газовых смесей.
Существующая классификация газоанализаторов основывается на физикохимических свойствах, положенных в основу измерения концентрации
определяемых компонентов смеси, и включает следующие основные группы
приборов:
- механические
- тепловые
- магнитные
- оптические
- хроматографические
- электрические
- масс-спектрометрические.
В механических газоанализаторах измерение содержания определяемых
1
компонентов производится на основании изменения механических параметров
состояния или соответствующих свойств газовой смеси.
К числу измеряемых величин в этих приборах относятся изменения объема или
давления пробы газовой смеси, ее вязкости, плотности, скорости
распространения звука.
Наиболее распространенными приборами этого типа являются объемные
(волюмометрические) газоанализаторы. В них о содержании определяемого
компонента судят по изменению объема газовой смеси в результате избирательного поглощения, каталитического окисления или сжигания определяемого компонента.
Поскольку для избирательного удаления определяемых компонентов
используются химические реакции, приборы часто называют объемными
химическими
газоанализаторами,
которые
относятся
к
приборам
периодического действия.
С их помощью можно произвести измерение концентрации в смеси газов
следующих компонентов:
- двуокиси углерода CO2 с сероводородом H2S и двуокисью серы SO2 (сумма
кислых паров и газов),
- кислорода O2,
- окиси углерода CO,
- водорода H2,
- непредельных (Непредельные углеводороды — углеводороды с открытой цепью, в
молекулах которых между атомами углерода имеются двойные или тройные связи. Непредельные
углеводороды способны к реакциям присоединения по двойным и тройным связям в открытой
цепи.) и предельных углеводородов Cn Hm,
- азота N2.
При определении содержания СО 2, SО2 используется раствор щелочи, при этом
протекают следующие реакции:
СО2 + 2КОН = К2СО3 + Н2О; (16.1)
SО2 + 2КОН = К2SО3 + Н2О. (16.2)
Для поглощения водорода H2 и окиси углерода CO используется щелочной раствор полухлористой меди.
Кислород O2 поглощается щелочным раствором пирогаллола (трехатомный
фенол) C6H6O3, а непредельные углеводороды Cn Hm — бромной водой.
Водород и предельные углеводороды могут удаляться из смеси сжиганием,
а окись углерода — каталитическим окислением (реакция окисления происходит на
поверхности катализатора, ускоряющего реакцию окисления ).
Погрешность рассматриваемого метода в значительной
мере определяется
погрешностью измерения изменения объема, в связи с чем начальный и
остаточный объемы пробы газа должны иметь одинаковые температуру и
давление. Подавляющее большинство газоанализаторов, основанных на этом
принципе измерения, относятся к лабораторным приборам, в которых отбор
пробы и другие операции выполняются вручную.
http://www.anatec.net/ee/2ee.htm
АВП-01Г предназначен для непрерывного определения
концентрации и/или парциального давления водорода в газовых
средах.
Анализаторы применяются для оперативного и производственного
контроля водорода в химико-технологических процессах синтеза
2
органических и неорганических соединений, крекинга нефти, а также для определения «утечек» водорода, электролизных, в системах
охлаждения генераторов, в метантенках, в воздухе промышленной зоны и т.д.
Анализаторы рекомендуются для использования на ТЭЦ, ГРЭС, АЭС, в теплосетях, котельных и других учреждениях топливноэнергетического и военно-промышленного комплексов, в химической, пищевой и микробиологической промышленности, а также в медикобиологических и научных исследованиях.
Конструкция анализатора разработана с учетом специфики измерений как малых, так и больших концентраций водорода в газообразных
средах. В комплект анализатора входит амперометрический сенсор, который имеет неограниченный срок службы и обеспечивает высокую
точность, экспрессность и достоверность измерений. Сенсор надежен и неприхотлив в работе. Для анализа-тора разработаны
оригинальные методики и средства метрологического обеспечения
Для обеспечения измерений водорода в разряженных газовых смесях анализатор комплектуется устройством подготовки газовой пробы
УПГП-01. С помощью этого устройства осуществляется всасывание и охлаждение анализируемого газа с последующим отделением
сконденсированной влаги и нагнетанием в измерительную камеру АСрH2.
Интерфейс пользователя и программное обеспечение реализуют выполнение следующих функций и режимов работы анализатора:
- усиление сигналов амперометрического сенсора и встроенного датчика температуры, их измерение, преобразование и отображение на
дисплее;
- самодиагностику работоспособности анализатора и амперометрического сенсора;
- выбор измеряемой величины: парциального давления водорода, процентного содержания;
- калибровку анализатора по нулевой точке (атмосферному воздуху), автоматическую калибровку по водородосодержащей газовой смеси,
получаемой в устройстве для калибровки и специальную калибровку по поверочным газовым смесям (ПГС);
- настройку стандартного токового выхода (0-5, 0/4-20 мА) на требуемый диапазон измерения с возможностью автоматического изменения
масштаба шкалы самописца в случае превышения диапазона измерения и сигнализацией аварийной ситуации;
- установку верхнего и нижнего пределов срабатывания сигнализации с возможностью передачи регулирующих сигналов с помощью
«сухого контакта»;
- дистанционную передачу информации на контроллер или персональный компьютер (ПК) с помощью цифровых каналов RS-232 и/или
RS-485;
- дискретное протоколирование результатов измерений в энергонезависимую память с возможностью передачи на ПК и вывода на
дисплей анализатора в табличном или графическом виде;
Анализатор выполнен в герметичном корпусе класса защиты IP65, что позволяет его использовать в промышленных условиях, в том
числе на открытых площадках при температуре окружающего воздуха от -30 до +80оС.
Анализатор работает под управлением микропроцессора и имеет простой и удобный для пользователя программный интерфейс.
Большой графический дисплей и клавиатура из шести клавиш позволяют пользователю управлять работой анализатора, осуществлять
различные виды настроек и калибровок, записывать и выводить информацию на дисплей анализатора, компьютер и др. интерфейсные
устройства.
Тепловые газоанализаторы.
В тепловых газоанализаторах измерение концентрации определяемого
компонента производится путем измерения тепловых свойств газовой смеси,
зависящих от концентрации определяемого компонента.
Наиболее распространенными приборами этого типа являются газоанализаторы,
основанные
на
измерении
теплопроводности
смеси
(термокондуктометрические)
и теплоты, выделяющейся при реакции
каталитического окисления определяемого компонента (термохимические).
Представители этих групп приборов, как правило, являются автоматическими
устройствами, работающими в составе информационно-измерительных и
управляющих систем. Тепловые газоанализаторы предназначены для
непрерывного анализа состава бинарных смесей.
Термокондуктометрические газоанализоторы.
Относительные теплопроводности газов при температурах:
Газ
100 °С
500 °С
Газ
100 °С
500 °С
Воздух
1
1
Двуокись серы
0,38
0,53
Азот
0,98
6,84
0,71
0,94
1,45
0,97
6,77
0,96
0,93
2,13
Кислород
Аргон
Гелий
Пары воды
1,02
0,66
5,56
0,78
1,07
0,66
5,32
1,16
Водород
Двуокись углерода
Окись углерода
Метан
3
В таблице приведены теплопроводности различных газов при температурах 100
и 500 °С, отнесенные к теплопроводности воздуха.
Анализ данных, приведенных в таблице, показывает, что при температуре 100°С
теплопроводность таких газов, как Н2, СО2, SО2, СН4, Аr, Не, отличается от
теплопроводности воздуха.
С ростом температуры теплопроводность газов возрастает в разной степени, в
связи с чем при температуре 500 °С относительная теплопроводность N2, Н2,
О2, СО, Аr, Не практически не меняется, тогда как у СО2 близка к единице, а у
СН 4 возрастает от 1,45 до 2,13. Характер влияния температуры на
относительный коэффициент теплопроводности газов учитывается при выборе
температурных режимов работы чувствительных элементов газоанализаторов.
Использование данного принципа измерения основано на том, что между
теплопроводностью газовой смеси λ, теплопроводностью λi и концентрацией сiвходящих в ее состав n компонентов существует близкая к линейной зависимость:
λ = λ1c1 + λ2c2 + λncn = ∑ λici
( 16.3)
При анализе бинарных смесей с суммарной концентрацией неопределяемых
компонентов сН имеющих совпадающую теплопроводность λН, согласно (16.3)
теплопроводность смеси определяется выражением:
λ = λ 0 c0 + λ H c H
Поскольку сН + c0 =1, зависимость между концентрацией определяемого
компонента с0 и измеряемой теплопроводностью смеси λ при известных
теплопроводностях неопределяемых и определяемого компонентов имеет вид:
c0 = (λ – λн) / ( λ0 - λн)
Если в числе неопределяемых компонентов содержится газ, изменение
концентрации которого влияет на теплопроводность смеси, то этот компонент
из газовой смеси должен быть удален.
Так, в дымовых газах котла, содержащих в основном N2, О2, SО2, СО2, СО, Н2,
водяные пары, при измерении концентрации СО2 должны быть удалены SО2 , Н2 ,
водяные пары. Колебания концентрации других компонентов не влияют, так как
обладают близкими к азоту теплопроводностями.
Газоанализатор термокондуктометрический Диск-ТК
http://enal.ru/index.php?p_name=disk_tk
4
Для измерения теплопроводности газовой смеси используется нагреваемый
током проводник, помещенный в камеру, заполненную анализируемой
смесью.
Если теплоотдача от проводника к стенкам камеры в основном осуществляется в
результате теплопроводности, то имеет место следующая зависимость:
Q = 2π l λ (tп – tс) / ln(D/d)
где Q — количество теплоты, отдаваемой проводником в секунду; l, d — длина и
диаметр проводника; D — диаметр камеры; λ — теплопроводность смеси газов,
tп , tс – температуры проводника и стенок камеры.
При постоянстве отдаваемой проводником теплоты Q и температуры стенок
камеры tС, зависящей от температуры окружающей среды, теплопроводность
газовой смеси будет однозначно определять температуру проводника, а
следовательно, и его сопротивление.
В качестве проводника используется проволока из металла, обладающего
высоким
температурным коэффициентом электрического сопротивления и
химической стойкостью; чаще применяют платину, реже вольфрам, никель,
тантал.
Рис. 16.2. Устройство рабочих чувствительных элементов с открытой (а) и остеклованной (б) платиновой
спиралью
Схема двух типов рабочих чувствительных элементов из платиновой проволоки
представлена на рис. 16.2. В стеклянном корпусе 1 к платиновым токоподводам
2 диаметром 0,15 мм подпаяна открытая платиновая спираль 3 диаметром 0,02
мм (рис. 16.2, а) либо остеклованная 4 с диаметром 0,02 мм (рис. 16.2, б). В
первом случае сопротивление чувствительного элемента составляет 10 Ом, во
втором 40 Ом. Чувствительный элемент второго типа защищен от агрессивных
воздействий среды, но ему присуща большая инерционность.
Для обеспечения максимальной чувствительности по теплопроводности для газов
СО2, Н2 , а также снижения влияния теплоотдачи за счет излучения температура
платиновой спирали устанавливается 80—100 °С.
С целью уменьшения влияния конвективного теплообмена (теплоотдачи) газ к
чувствительному элементу подается вследствие диффузионного обмена, что
увеличивает инерционность тепловых газоанализаторов.
Рис.
16.3.
Измерительная
мостовая
схема
га-
5
зоанализатора
Для измерения сопротивления проволочных чувствительных элементов
используются мостовые схемы. Одна из наиболее простых и распространенных
измерительных схем газоанализатора (рис. 16.3) представляет собой
неуравновешенный мост, питаемый постоянным током от батареи или источника
стабилизированного питания (ИПС). Резисторы R1 и R3 выполнены из
платиновой проволоки и находятся в камерах, заполненных анализируемым
газом. Резисторы R2 и R4 находятся в герметичных камерах, заполненных
неопределяемыми компонентами смеси или воздухом. Конструкция
сравнительных чувствительных элементов аналогична конструкции рабочих
элементов, представленных на рис. 16.2, только правый конец стеклянной трубки
в них запаян.
Если показывающий прибор, включенный в измерительную диагональ моста аb,
имеет безнулевую шкалу, то в камерах с резисторами R2 и R4 находятся
неопределяемые компоненты с концентрацией определяемого компонента,
соответствующей нижнему пределу измерения прибора. Входящий в мост
переменный резистор R0 служит для устранения начального небаланса моста,
когда резисторы R1 — R4 находятся в камерах с одинаковый составом газовых
смесей.
Термохимические газоанализаторы.
В термохимических газоанализаторах концентрация определяемого
компонента измеряется по количеству теплоты, выделившейся при реакции
каталитического окисления.
В число определяемых по этому методу газов входят СО, Н2, О2, NН3, СН4.
Термохимические газоанализаторы разделяются на две группы.
В первой группе, имеющей более низкую чувствительность, реакция окисления
происходит на поверхности нагретой платиновой нити, играющей роль
катализатора. Температура платиновой нити, а следовательно, и ее сопротивление
меняются с изменением количества теплоты, выделившейся при окислении определяемого компонента. Платиновая нить с сопротивлением R 1 включается в
плечо неуравновешенного моста, схема которого аналогична представленной на
рис. 16.3. В этот мост входит резистор R2, выполненный из платиновой
проволоки подобно резистору R 1 , но находящийся в камере, заполненной
неопределяемыми компонентами газовой смеси. Резисторы R3 и R4 имеют
постоянное сопротивление и выполнены из манганиновой проволоки.
При наличии определяемого компонента в газовой смеси и его сгорании
сопротивление резистора R1 возрастает и милливольтметр (потенциометр),
включенный в измерительную диагональ моста, покажет наличие разности
напряжений, пропорциональной концентрации определяемого компонента.
Милливольтметр градуируется в единицах концентрации определяемого
компонента. Время установления показаний приборов этого типа составляет 1
мин при предельной погрешности, достигающей ±1 %.
Газоанализаторы первой группы в основном используются как индикаторы и
сигнализаторы взрывоопасных концентраций газов и выполняются в переносном
варианте и измеряющие концентрацию Н2 в воздухе.
В термохимических газоанализаторах второй группы реакция окисления
определяемого компонента протекает на поверхности гранулированного катализатора, в качестве которого часто используется гопкалит (60% двуокиси
марганца и 40 % окиси меди). Наличие развитой поверхности катализатора
обеспечивает возможность измерения концентраций определяемого компонента,
составляющих доли процента. Количество выделившейся при сжигании теплоты
6
измеряется платиновым термометром сопротивления или батареей термопар.
Газоанализаторы второго типа являются более инерционными, время
установления их показаний достигает 5 мин, предельная погрешность составляет ±5—7 %.
Газоанализаторы водорода портативные АВП-02Г, АВП-02ГМ предназначены для определения концентрации и/или парциального давления водорода в газовых
средах
http://www.analytpribor.ru/?page=181
Магнитные газоанализаторы
В магнитных газоанализаторах, относящихся к анализаторам бинарных смесей,
концентрация
определяемого компонента измеряется по изменению
магнитных свойств газовой смеси.
Газы по их магнитной восприимчивости делятся на парамагнитные, втягиваемые в магнитное поле, и диамагнитные, выталкиваемые из него. Наибольшей
магнитной восприимчивостью обладает кислород O2, относящийся к парамагнитным газам.
Газы, кроме кислорода O2, окиси NO и двуокиси азота NO2, являются
практически немагнитными, поскольку их объемная магнитная восприимчивость
на два порядка ниже, чем у кислорода.
Таким образом, магнитные свойства газовой смеси определяются
концентрацией кислорода O2, поскольку NO и NО2, являющиеся
продуктами высокотемпературных окислительных реакций, встречаются
редко и в малых концентрациях.
Объемная магнитная восприимчивость кислорода х связана с удельной
магнитной восприимчивостью χ и плотностью ρ зависимостью х = χρ ; поскольку
χ = С/Т, а ρ = PM/ TR ,
x = CPM / (T2R)
( 16.4)
где С — постоянная Кюри; Р, Т — абсолютное давление и температура
кислорода с молекулярной массой M; R — газовая постоянная.
Таким образом, магнитная восприимчивость кислорода зависит от дав-
7
ления и снижается с ростом температуры пропорционально 1/Т2 .
Объемная магнитная восприимчивость смеси газов определяется соотношением:
n
xсм = ∑ cixi = ckxk + ( 1 – ck) xН
(16.5)
i=1
где xi, ci — объемные концентрации компонентов газовой смеси и их объемные
магнитные восприимчивости; ск , хк — объемная концентрация кислорода и его
магнитная восприимчивость; хн — усредненная магнитная восприимчивость
неопределяемых компонентов.
В соответствии с (16.5), поскольку хн << хк , изменение объемной магнитной
восприимчивости
газовой
смеси однозначно определяется
концентрацей
кислорода при условии стабилизацИИ температуры и давления.
Рис. 4. Термомагн. газоанализатор: 1 -кольцевая камера; 2-стеклянная трубка;
3-постоянный магнит; 4-источник стабилизиров. напряжения; 5-вторичный
прибор; Rt и R2 -соотв. рабочий и сравнит. терморезисторы (секции
платиновой спирали); R3 и R4 -постояниые резисторы.
Магнитные газоанализаторы. Эти приборы служат для
определения содержания кислорода, который в
отличие от других газов притягивается магнитом.
Такое
свойство
называется
магнитной
восприимчивостью. Оно положено в основу работы
газоанализатора.
К числу магнитных газоанализаторов, имеющих
практическое значение, относятся термомагнитные
газоанализаторы. Принципиальная схема такого
прибора показана на рис. 7-12. Газоанализатор имеет
кольцевую камеру 1, по диаметру которой установлена
стеклянная трубка 2 со спиралью . Реостат служит для установки
величины тока питания моста. Спираль, нагреваемая электрическим
током, состоит из двух секций, представляющих собой смежные плечи
моста, служащие измерительными элементами. Одна из секций находится
в поле постоянного магнита 3.
Если кислорода в смеси нет, поток через поперечную трубку не
проходит. Температура обеих секций спиралей одинакова и напряжение
на выходе моста равно нулю. При наличии в газовой смеси кислорода
часть потока втягивается в трубку 2, где образуется течение газа слева
направо. Поступающая холодная смесь охлаждает левую секцию спирали,
а правая нагревается подогретым потоком газа.
8
В результате изменения температуры измерительных элементов
меняется их сопротивление, и в диагонали моста возникает
напряжение разбаланса, пропорциональное содержанию кислорода
в смеси. Шкала прибора 5 отградуирована в объемных процентах
кислорода. Пределы измерения 0-5, 0-10, 0-21, 20-35 % кислорода.
Основная погрешность прибора не превышает ±2,5 % диапазона шкалы.
Парамагнитный модульный газоанализатор
S710 Изготовитель: Maihak
http://www.anatec.net/ee/2ee.htm
Оптические газоанализаторы
В оптических газоанализаторах концентрация определяемого компонента
измеряется по изменению оптических свойств газовой смеси, к числу
которых относятся показатели преломления, спектрального поглощения
и излучения, спектральная плотность и т. д.
Наиболее распространенными являются три группы
анализаторов:
1)
инфракрасного и ультрафиолетового
2)
спектрофотометрические;
3)
фотоколориметрические.
оптических
газо-
поглощения;
NH3, HCl, HF, HCN, H2O, H2S, CH4, CO, O2 ja tolmu mõõtmisteks
 Otseselt kanalist mõõtev (insitu)
 Protsessorjuhtimine, lihtne kasutuse valik
 Mõõtepiirkond sõltuv mõõtmiskaugusest,
tolmusisaldusest samuti mõõdetavast suurusest
 Mõõtmispõhimõte: LDS (Laser Diood
Spektromeeter)
 RS 232
 Häireväljundid
 Galvaaniliselt isoleeritud väljundsignaalid
näiteks 4-20 mA
 Mudelid ka Ex-piirkonnale
9
NEO LaserGas Monitor
Valmistaja: NEO Monitors AS
Оптические газоанализаторы обладают
большой
разрешающей
способностью,
благодаря
чему
они
применяются
для
анализа
микроконцентраций
взрывоопасных токсичных примесей в промышленных
газах, при контроле воздуха в атмосфере и производственных помещениях.
Газоанализаторы инфракрасного и ультрафиолетового поглощения. Каждый газ характеризуется определенным спектром поглощения. Газы, содержащие в своем составе два и более разнородных атомов, такие как СО,
СО2, СН4, NHз, С2Н2, имеют спектры поглощения в инфракрасной области.
Одноатомные газы характеризуются линейчатыми спектрами поглощения,
лежащими в ультрафиолетовой области.
Закон Ламберта—Бера определяет связь ослабления монохроматического
излучения при прохождении через камеру, заполненную анализируемым газом,
с его концентрацией:
Iλ = I0λ exp ( - ε λ cL)
Dλ = ελc L = ln( I0λ / Iλ)
где I0λ , Iλ — интенсивность монохроматического излучения на входе и выходе
камеры длиной L , заполненной определяемым компонентом с концентрацией с
и коэффициентом поглощения ε λ , Dλ - оптическая плотность смеси газов.
Фотоколориметрические
газоанализаторы.
В фотоколориметрических
газоанализаторах концентрация определяемого
компонента в соответствии с законом Ламберта—Бера измеряется по
изменению оптической плотности индикаторного раствора, окраска
которого избирательно меняется в присутствии определяемого компонента.
Фотоколориметрический метод характеризуется универсальностью, поскольку
один и тот же прибор с различными индикаторными растворами может
использоваться для анализа разнообразных компонентов газовой смеси. Он
отличается также высокой избирательностью, зависящей от специфичности
реакции, протекающей между анализируемым компонентом и индикаторным
раствором. ВОЗМОЖность
накопления определяемого
компонента в
индикаторном
растворе обеспечивает высокую чувствительность метода.
Основанные этом принципе приборы применяются для контроля состояния
воздуха, они измеряют концентрацию в воздухе таких вредных примесей, как NO,
NO2, SO2, Cl2, NH3, H2S.
Принципиальная
схема
жидкостного
газоанализатора.
Жидкостной
фотоколориметрич.
газоанализатор:
1
-источник
излучения;
2-
светофильтр; 3 и 3'-рабочая и сравнит. кюветы; 4-
10
абсорбер; 5 и 5'-приемники излучения; б-усилитель; 7-вторичный прибор.
Излучение от источника проходит через рабочую и сравнит. кюветы и поступает на соответствующие приемники
излучения. Индикаторный р-р протекает с постоянной скоростью через обе кюветы и абсорбер. Навстречу потоку
р-ра через абсорбер барботирует анализируемый газ. Определяемый компонент, присутствующий в газе,
взаимод.
с реагентом в
р-ре,
вызывая
изменение
оптич.
плотности
в
рабочей
кювете,
пропорциональное концентрациикомпонента. В результате интенсивность излучения через одну из кювет
изменяется, а через другую-нет. Разность (или отношение) сигналов рабочего и сравнит. каналов мера концентрации определяемого компонента в анализируемой смеси.
Хроматографические газоанализаторы.
Хроматографические
газоанализаторы
предназначены
для
анализа
многокомпонентных газовых смесей. В последние годы эти приборы стали применяться для анализа состава жидкостей и твердых тел.
Хроматографы являются приборами периодического действия, более сложными
по устройству, чем рассмотренные выше газоанализаторы.
Процесс измерения в этих приборах распадается на две стадии:
- хромато-графическое разделение газовой смеси на отдельные компоненты
- идентификация (детектирование) компонентов, включающая качественный и
количественный их анализ.
Хроматографическое разделение смеси на отдельные к омп он ен т ы ,
от к рыт ое в 1903 г. М. С. Цветом, осуществляется за счет различной
скорости движения газов вдоль слоя сорбента, обусловленной характером
внешних и внутренних межмолекулярных взаимодействий.
В настоящее время по возможностям разделения и анализа многокомпонентных
смесей хроматография не имеет конкурирующих методов. Хроматографию
можно использовать для анализа низкокипящих газов, смесей летучих и
термически стойких твердых и жидких веществ, температура кипения
которых достигает 500 °С и выше.
К числу преимуществ этого метода относится также высокая чувствительность
(достигающая при использовании ионизационных детекторов 10-8—10-9 мг/мл) в
сочетании с малым объемом отбираемой пробы, сравнительно высокой точностью и малым временем анализа.
Электрические газоанализаторы
В электрических газоанализаторах концентрация того или иного компонента
определяется по изменению электрических свойств газовой смеси или
жидкости, с которой прореагировал определяемый компонент.
К числу наиболее распространенных электрических газоанализаторов относятся
электрохимические, которые применяются для измерения микроконцентраций
токсичных газов, содержащихся в воздухе, определения концентрации
загрязняющих примесей при производстве чистых газов.
К электрохимическим газоанализаторам относятся устройства, в которых
11
выходной сигнал определяется электрохимическими явлениями, происходящими в электродных системах, погруженных в анализируемый раствор.
.
Для анализа газов чаще используются
амперометрические и кулонометрические.
электрохимические
анализаторы
Действие амперометрических газоанализаторов основано на зависимости между
электрич. током и кол-вом определяемого компонента, прореагировавшим на
индикаторном электроде. Если контролируемый компонент полностью вступает в
электрохим. р-цию, то выполняется закон Фарадея: I = = n∙F∙Q∙C, где I-ток, Qрасходгаза, С-концентрация определяемого компонента, F-число Фарадея, nчисло электронов, участвующих в р-ции.
Электрохим. превращение данного компонента газовой смеси со 100%-ным
выходом по току (т.е. отсутствие побочных электродных р-ций) обеспечивается
выбором индикаторного электрода и его потенциала. Необходимое постоянное
значение разности потенциалов поддерживается благодаря тому, что сравнит. и
индикаторный электроды выполняют
из
двух
разных
специально
подобранных металлов, напр. из Аи и Zn, Au и Pb, Ni и Cd (ячейки гальванич.
типа). Разность потенциалов можно стабилизировать и посредством электронной
системы с использованием третьего вспомогат. электрода (ячейки потенциостатич.
типа).
Рис.
12.
Амперометрич.
газоанализатор:
1-электрохим.
ячейка;
2вспомогат. электрод; 3-измерит, электрод; 4-потенциостат; 5 -электрод сравнения;
12
6-усилитель; 7-вторичный
запасным электролитом.
прибор;
8-побудитель
расхода газа;
с
9-камера
Амперометрич. газоанализаторы применяют для определения газов, обладающих
окислит.-восстановит. св-вами, напр. SO2, NO2, H2S, О2, С12, О3. В
газоанализаторах
для
измерения
содержания
SO2 в воздухе (рис.
12)
анализируемый газ поступает на измерит. электрод 3 электрохим. ячейки и по
газовому каналу - в камеру с запасным электролитом 9, в к-рый помещен электрод
сравнения 5. Вспомогат. электрод 2 расположен в отдельной камере, к-рая, как и
камера 9, соединена с камерой измерит. электрода электролитич. каналом.
Достоинства амперометрич. газоанализаторов-высокая чувствительность и
избирательность.
Кулонометрические газоанализаторы. Кулонометрические газоанализаторы
основаны на измерении количества электричества, израсходованного при
электролизе.
Согласно закону Фарадея для выделения при электролизе количества вещества
G необходимо через раствор пропускать ток I в течение времени t :
G = M I t / (96492 n)
где М — молекулярная масса окисленного или восстановленного вещества; п —
число электронов, участвующих в электродном процессе.
Выделившееся при электролизе вещество связывается без остатка с анализируемым компонентом газовой смеси, благодаря чему мерой концентрации
последнего служит протекающий ток I. Последний регулируется таким образом,
чтобы обеспечивалась нейтрализация раствора.
Кулонометрические газоанализаторы благодаря использованию компенсационного метода измерения обеспечивают высокую точность измерения, их
показания не зависят от влажности газа, его давления и температуры, параметров окружающей среды.
Предназначены для измерения содержания в воздухе микроконцентраций SО2 ,
Н2S, С12, О3.
13