Принцип работы анализаторов газа и жидкости

Анализаторы газа и жидкости

 

Принцип работы

pH-метры

Водородный показатель pH (potentia Hydrogeni) – отражает степень активности ионов водорода в растворе. Чистая вода H2O имеет нейтральный кислотно-щелочной баланс – в ней концентрация ионов водорода равна концентрации гидроксид-ионов ([H+]=[OH-]).
В кислом растворе - больше концентрация ионов водорода ([H+]>[OH-]), в щелочном растворе - больше концентрация гидроксид-ионов ([H+]<[OH-]).

Концентрация ионов водорода в чистой воде (нейтральной среде) при температуре 25°С равна 10-7 моль/литр – не очень удобно пользоваться такими единицами измерения. Поэтому ввели водородный показатель pH, который равен десятичному логарифму со знаком минус от концентрации: pH = - lg [H+].

Для нейтрального раствора pH = -lg [10-7] = 7,
для кислого раствора pH > 7, для щелочного раствора pH < 7.

При повышении температуры нейтральный pH становится больше 7.
Для температурной компенсации используется датчик температуры.

Принцип действия pH-метра основан на измерении ЭДС электродной системы, пропорциональной водородному показателю.

ОВП-метры (RedOx)

Окислительно-восстановительный потенциал (ОВП или редокс-потенциал) отражает способность химического вещества присоединять электроны (восстанавливаться). ОВП измеряют в милливольтах (мВ) и обозначают как Eh. Используется для контроля качества обеззараживания воды.

Во время окислительно-восстановительной реакции окислительные растворы принимают электроны (восстанавливаются), а восстановительные растворы – отдают электроны (окисляются).

Принцип действия ОВП-метра основан на измерении потенциала, который возникает между измерительным электродом и электродом сравнения.

Если Eh < 0, то раствор восстановительный (отрицательно-заряженнные электроны переходят из раствора в измерительный электрод и создают между ним и контрольным электродом отрицательный потенциал).
Если Eh > 100, то среда окислительная (электроны переходят с измерительного электрода в раствор).
Если 0 < Eh < 100, то среда переходная – окислительно-восстановительная (электроны переходят с измерительного электрода в раствор и обратно).

Кондуктометры

Кондуктометры используются для определения концентрации растворов солей, кислот и оснований.

При растворении электролита происходит его химическое взаимодействие с растворителем (водой, спиртом), в результате которого электролит диссоциирует на электрически-заряженные частицы - ионы (электролитическая диссоциация).

Сильные электролиты (поваренная соль, например) почти полностью диссоциируются на ионы в разбавленных растворах, слабые электролиты неполностью диссоциируются на ионы даже в сильноразбавленных растворах.

Принцип действия кондуктометра основан на измерении электропроводности раствора электролита в воде: чем выше концентрация – тем больше ионов – тем больше электропроводность. Электропроводность измеряется в Сименсах на метр (Си/м, мСи/см, мкСи/см).




Мутномеры (Turbidity)

Мутность (воды) определяется концентрацией взвешенных частиц.
Принцип действия мутномера основан на измерении рассеивания луча света, проходящего через эту взвесь.
Применение: контроль качества воды, напитков.

Кислородомеры (оксиметры, датчики растворённого кислорода)

Кислородомеры измеряют концентрацию кислорода в водных растворах.
Применения: процессы брожения, очистные сооружения.

Принцип действия анализатора растворённого кислорода
Вода поглощает кислород из воздуха до тех пор, пока парциальное давление кислорода в воде не станет равно давлению воздуха. Рабочий катод из благородного металла и контрольный анод из серебра погружаются в электролит, который отделяется от измеряемого раствора кислородопроницаемой мембраной. На электроды подаётся постоянное напряжение. Молекулы кислорода диффундируют через мембрану и восстанавливаются на катоде – возникает электрический ток, пропорциональный концентрации кислорода.

Экстрактивные газоанализаторы

Экстрактивные газоанализаторы используются для непрерывного определения концентрации одного или нескольких газов в газовой смеси. Проба извлекается из процесса, проходит предварительную подготовку (очищается от пыли и влаги, доводится до определённой температуры) и с заданным давлением и расходом подаётся в анализатор. Методы измерений зависят от типа газов.

Газоанализаторы in-situ

Эти газоанализаторы проводят непрерывные измерения непосредственно в технологическом процессе без отбора и предварительной подготовки пробы. Они используют компенсацию температуры и давления, и обладают высокой износостойкостью, т.к. непосредственно контактируют с процессом.

Газовые хроматографы

Газовые хроматографы используются для дискретного экстрактивного анализа химического состава газов и жидкостей.

Принцип действия:

  • Система пробоотбора извлекает и подготавливает пробу
  • Инжекционная система впрыскивает строго определённую порцию пробы в поток газа-носителя (пробы могут быть жидкие, но испаряемые)
  • Газ-носитель попадает в печь сложной конструкции, в которой поддерживается строго определённая температура
  • В печи находятся колонны, служащие для разделения газовой смеси на отдельные компоненты
  • Система коммутации колонн комбинирует различные колонны на пути газа-носителя
  • Для анализа могут комбинироваться различные варианты детекторов: теплопроводности, плазменной ионизации и др.