Аналіз складу газів

Засоби вимірювань, призначені для аналізу складу газів, називають газоаналізаторами. Для вимірювань концентрації одного з компонентів газового середовища використовується та чи інша фізико-хімічна властивість досліджуваного газу, яка відрізняється від властивостей інших складових досліджуваного газового середовища.

Існують газоаналізатори, призначені для аналізу різних складових багатокомпонентних газових сумішей. Залежно від принципу дії газоаналізатори поділяють на іонізаційні, теплові, магнітні, оптичні, хроматографічні, мас-спектрометричні.

В іонізаційних газоаналізаторах застосовуються α і ß-радіоактивне випромінювання, γ- випромінювання не використовується через малу іонізуючу і велику проникну властивості, що зумовлює значне збільшення розмірів іонізуючої камери і необхідність створення ефективного захисту від випромінювання.

Найпростіша схема іонізаційного газоаналізатора з ß випроміню-ванням показана на рис.3. В камері газова суміш іонізується джерелом ß-випромінювання. Під дією прикладеної напруги U створені іони надходять на колектор (внутрішній електрод), внаслідок чого в колі колектора виникає струм, який вимірюється вимірювальним приладом ВПР після підсилення підсилювачем з великим вхідним опором.

Рис.3. Спрощена схема іонізаційного газоаналізатора

Теплові методи аналізу основані на залежності теплових властивостей речовини від її хімічного складу або на визначенні температурних змін при різних фізико-хімічних і фазових перетвореннях речовини. Вони застосовуються для аналізу складу газів та вологості газів.

Термомагнітні методи газового аналізу основані на температурній залежності магнітної сприйнятливості парамагнітних газів , тобто газів, що притягуються магнітним полем. Переважно термомагнітні газоаналізатори використовуються для вимірювань концентрації кисню в газових сумішах, оскільки зі всіх газів кисень має найбільшу магнітну сприйнятливість.

На рис.4 показана схема термомагнітного киснеміра з кільцевою вимірювальною камерою, виконаною у вигляді металевої трубки, з'єднаної по горизонтальному діаметру тонкостінною скляною трубкою. На скляну трубку намотана двосекційна нагрівальна платинова обмотка, яка створює одночасно два резистивні чутливі елементи R1 і R2. Чутливий елемент R1 і розміщений між полюсами постійного магніту. Чутливі елементи R1 і R2 разом з резисторами R3 і R4 утворюють міст постійного струму, який живиться від стабілізованого джерела живлення.

Рис.4. Схема термомагнітного киснеміра

Якщо аналізований газ містить кисень, то такий газ (парамагнітний) всмоктується з лівого боку в горизонтальну скляну трубку і в ній підігрівається. Оскільки під час нагрівання газу його магнітна сприйнятливість падає, то холодний газ, втягуючись у магнітне поле, буде виштовхувати нагрітий газ. У результаті в горизонтальній трубці газ буде рухатись зліва направо зі швидкістю, пропорційною концентрації кисню в досліджуваній газовій суміші.

Оскільки терморезистор R1 знаходиться в зоні холодного газу, а терморезистор R2 - в зоні нагрітого, то опір першого буде дещо меншим, а другого - більшим, що призводить до порушення рівноваги моста. Виміряна за допомогою вимірювального засобу ВЗ напруга пропорційна до вмісту кисню в газовій суміші.

Треба відзначити, що покази ВЗ дуже залежать від нахилу скляної трубки, і для газоаналізаторів з початковим значенням діапазону вимірювання, що дорівнює 0, вона повинна бути встановлена строго горизонтально. Змінюючи кут нахилу трубки, можна отримати технічно цікаві діапазони вимірювання з безнульовою шкалою, наприклад, 20...25% чи 95...100%.

Для зменшення впливу на похибку вимірювання нестабільності температури довкілля і напруги живлення, в термомагнітних газоаналізаторах використовуються компенсаційно-мостові вимірювальні кола.

Для аналізу складних сумішей широко застосовують хроматографічний метод, оснований на попередньому хроматографічному розділенні досліджуваної газової суміші на складові з використанням явища сорбції та наступним визначенням концентрації окремих складових досліджуваної суміші за допомогою розглянутих вище методів аналізу. В цьому методі певна кількість досліджуваної газової суміші переноситься газом-носієм, наприклад, гелієм, аргоном, воднем чи іншим інертним газом через хроматографічну колонку, заповнену нерухомою сорбувальною речовиною. Внаслідок селективної затримки сорбентом окремих компонентів досліджуваної суміші першими виносяться з хроматографічної колонки компоненти, що найменше поглинаються, а останніми - що найбільш поглинаються. Після розподілу кожен компонент з газом-носієм створює бінарну суміш, аналізувати яку можна будь-яким із розглянутих вище методів.

Принципова схема газового хроматографа зображена на рис.5. Газ-носій з балона 1 через регулятор швидкості 2 надходить до хроматографічної колонки 4, захоплюючи певну дозу досліджуваної суміші, яка періодично вводиться дозатором 3. В хроматографічній колонці суміш розподіляється на складові, які рухаються через колонку і по черзі виносяться газом-носієм у детектори 5, а з виходів детекторів - до вимірювально-обчислювальної системи 6 для обробки результатів і. хроматографічного аналізу. Результати вимірювань реєструються самописцем.

Рис.5. Принципова схема газового хроматографа і зразок хромограми

Хроматограма складається з окремих піків, кожен з яких відповідає певному компонентові досліджуваної суміші. Компоненти ідентифікуються за часом виходу з колонки, а їх об'ємна концентрація визначається відношенням площі відповідних піків до загальної площі всієї хроматограми.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Вимірювання хімічного складу і концентрації рідини	\|	Вимірювання вологості

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.209 сек.