На головну

електролізні аналізатори

  1. Автоматичні аналізатори систем контролю забруднень вод
  2. аналізатори протоколів
  3. Аналізатори людини. Будова аналізаторів (на вибір). Функціональне значення.
  4. Газоаналізатори АНКАТ -7631 М - H2S
  5. дифузійні газоаналізатори
  6. діелькометричні аналізатори
  7. іонізаційні газоаналізатори

Явище електролізу в рідких електролітах використовується в роботі великої групи електрохімічних аналізаторів рідин і газів, які для спрощення викладу в даній книзі об'єднані поняттям «електролізних аналізатори» [21]. До цих аналізаторів відносяться полярографічні або вольт-амперметріческіе, амперметріческіе і кулонометрические. Отримання вимірювальної інформації цими аналізаторами відповідно базується на визначенні в спеціальних електролітичних осередках залежності між силою струму і напругою, силою струму і кількістю електрики.

Струм, що проходить через велектролітичні осередок при постійному потенціалі на електродах, в більшості випадків залежить в основному від процесу перенесення визначається компонента до електрода. Це перенесення визначається швидкістю дифузії зазначеного компонента, яка відбувається в невеликому по товщині диффузионном шарі, розташованому біля електрода. Цей шар зберігається у поверхні електрода навіть при турбулентному режимі течії рідини близько електрода. З цієї причини згаданий ток прийнято називати дифузійним, а його граничне значення, яке має місце при певному потенціалі електрода, при збільшенні якого струм не змінюється, - граничним дифузійним струмом.

Електролізні аналізатори різних типів і конструкцій знаходять широке застосування в лабораторних аналізах рідин і газів. У практиці автоматичного аналітичного контролю в даний час вони знайшли застосування в основному для аналізу газів. Частіше за інших використовуються гальванічні, деполяризационного Цінні та кулонометрические газоаналізатори. Перші два зазвичай розглядають як полярографічні аналізатори та використовують для вимірювання концентрації кисню в багатокомпонентних газових сумішах.

В гальванічних газоаналізаторах є гальванічний елемент (електролітична комірка) з лужним електролітом і двома електродами: свинцевим анодом і срібним катодом. Катод розташовується в електроліті в полусмоченном стані. Різниця електроднихпотенціалів зазначених електродів визначає потенціал, прикладений до електролітичної осередку, так як в даному випадку в даному осередку є внутрішнє джерело електричної енергії.

Електроліт попередньо насичується аналізованих газом. Сигналом такого газоаналізатора є висока напруга, яка між електродами по зовнішньому ланцюзі і визначається електрохімічної реакцією деполяризації катода. Частково занурений в електроліт срібний електрод забезпечує процес перенесення кисню за рахунок його іонізації на кордоні розділу трьох фаз (електроліт - електрод - аналізований газ) з газової фази в електроліт. При цьому в гальванічному елементі при замкнутої зовнішньої ланцюга протікають наступні реакції:

на катоді O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-,

на аноді 2Pb + 4OH - > 2Pb (OH)2 + 4e -.

Конструктивне оформлення гальванічних газоаналізаторів досить різноманітно [21]. В гальванічному газоаналізаторі (рис. 11.23, а) аналізований газ з постійним об'ємною витратою подається по трубці 1, нижній кінець якої опущений в електроліт 5. На трубці 1 розміщений гальванічний елемент, що містить: анод 2, виготовлений з свинцевою фольги, панчіх 3 з пористої пластмаси, просоченої 5% -ним розчином КОН, і срібна сітка 4. Газ, барботіруя через електроліт, підхоплює його і у вигляді крапель і пара транспортує до гальванічного елемента, що забезпечує сталість просочення пористого пластмасового панчохи електролітом. Трубка і гальванічний елемент розміщені в скляному корпусі 6.


Мал. 11.23. Схеми гальванічних газоаналізаторів

Гальванічні газоаналізатори використовуються для вимірювання концентрації кисню в різних багатокомпонентних газових сумішах. Діапазони вимірювань від 0 - 0,001 до О - 0,02% об. Класи точності 5 - 10. Час реакції 0,5 - 3 хв. При великих, ніж наведені, концентраціях кисню статична характеристика гальванічних газоаналізаторів стає нелінійної.

Інша поширена конструкція гальванічних газоаналізаторів схематично показана на рис. 11.23, б. Аналізатори такого типу знаходять застосування для контролю принципово будь-яких концентрації кисню в газах, а також для вимірювання концентрації кисню, розчиненого в рідинах [34]. Такі можливості досягаються за рахунок використання подачі газу до гальванічного елемента через дифузний бар'єр. Гальванічний елемент містить алюмінієвий анод 1, виконаний у вигляді трубки, і платиновий катод 3, відокремлені один від одного гумовою прокладкою 2. Катод притиснутий до фторопластовой мембрані 4, укріпленої за допомогою гумового кільця на корпусі 6. Товщину фторопластовой мембрани підбирають в залежності від максимально можливого значення концентрації кисню в аналізованої суміші. Зазвичай вона становить 10-30 мкм. При роботі газоаналізатора аналізований газ дифундує через мембрану в електроліт і таким чином потрапляє в гальванічний елемент. Мембрана в цих аналізаторах виконує функції дільника концентрації. Клас точності таких газоаналізаторів 5-10, час реакції 5-15 хв.

Дія деполяризационного газоаналізаторів, зазвичай використовуваних для вимірювання концентрації кисню, засноване на деполяризації киснем поляризованого електрода електролітичної осередки, між електродами якої прикладена деяка зовнішня різниця потенціалів.

схема деполяризационного газоаналізатора показана на рис. 11.24, а. Аналізований газ з блоку підготовки 1 з постійним об'ємною витратою надходить в абсорбер 5, заповнений розчином електроліту. Тут електроліт насичується газом при русі останнього по гвинтовому каналу і транспортується в верхню частину 2 абсорбера, де розміщені золоті електроди електролітичної осередки: анод 4, що представляє собою дріт, і катод 3, виконаний у вигляді пластини, зігнутої гармошкою. До електродів докладено поляризационное напруга від стабілізованого джерела 6 (1,95 ± 0,2) В. При надходженні до катода розчиненого в електроліті кисню цей електрод частково деполяризуется, що викликає появу струму в зовнішньому ланцюзі, значення якого пропорційно концентрації кисню в уже згадуваному газі. Струм перетвориться перетворювачем 7 в уніфікований сигнал, що сприймається потенціометром 8.

На катоді електролітичної осередки протікають наступні електрохімічні реакції:

при використанні лужного електроліту

O2 + 4e - + 2H2O > 4OH -

при використанні кислого електроліту

O2 + 4e - + H+ > 2H2O.

Мал. 11.24. Схеми деполяризационного (a) і кулонометрического (б) газоаналізаторів

Деполяризационного газоаналізатори кисню мають діапазони вимірювань від 0-0,01 до 0-10% об., Класи точності 5-10, час реакції 1 - 1,5 хв.

Розглянуті полярографічні газоаналізатори використовуються іноді для вимірювання концентрацій SO2, Cl2 та інших газів [21].

В основі роботи кулонометрических газоаналізаторів лежить закон Фарадея, який встановлює зв'язок між кількістю прореагировавшего в електролітичної осередку речовини і кількістю що пройшов через нього електрики Q:

m = ?Q / (Fn) або m = ?I? / (Fn), (11.58)

де ? - молекулярна маса речовини; I - сила струму; ? - час проходження струму.

Кулонометрические газоаналізатори будують за методом врівноважує перетворення. Кулонометрические газоаналізатори цього типу (рис. 11.24, б) містять вимірювальну камеру, заповнену електролітом, в якій розміщений вимірювальний електрод 3 і електрод порівняння 2, а також два генераторних електрода, службовців для генерації шляхом електролізу іонів речовини (титранту), здатних вступати в реакцію з іонами визначається компонента. Електроди 2 і 3 підключені до рН-метричному перетворювача 7. Аналізований газ надходить в вимірювальну комірку 1, де, розчиняючись, переходить в електрохімічних активну форму, т. Е. Перетворюється в іони. Сила струму в ланцюзі електродів 4 автоматично підтримується такий, щоб з розчину виділялося кількість іонів титранту, достатню для нейтралізації електроліту, що відповідає повному зв'язування всіх іонів визначається компонента, що містяться в поточний момент в електроліті, яке за змістом визначається компонента в аналізованому газі. Автоматична підтримка струму, необхідного для нейтралізації електроліту, здійснюється системою автоматичного регулювання, що складається з електродів 2 і 3, рН-метричного перетворювача 7 і пропорційного регулятора 6. Струм в ланцюзі електродів 4 вимірюється вторинним приладом 5 і служить мірою концентрації що визначається компонента в аналізованому газі.

Кулонометрические газоаналізатори застосовуються для вимірювання концентрації в газових сумішах наступних газів: СО2, H2S, SO2, HCl, O3, NH3, O2 та ін. Діапазони вимірювань цих газоаналізаторів від 0-1 · 10-4 до 0-0,5% об. (В залежності від аналізованого речовини).

§ 11.15. Полум'яні іонізаційні і фотометричні газоаналізатори

Хімічна реакція окислення горючих речовин, що протікає в полум'я, супроводжується рядом ефектів, які використовуються для отримання вимірювальної інформації. Так, тепловий ефект цієї реакції використовується в роботі калориметр (див. § 10.5) газів. Ефекти іонізації і виникнення електромагнітного випромінювання застосовуються для вимірювання концентрацій деяких речовин в багатокомпонентних сумішах.

На рис. 11.25, а наведена схема полум'яного ионизационного газоаналізатора, в якому аналізований газ і водень, службовець для підтримки полум'я, подаються з блоку підготовки газів 1 з постійними об'ємними витратами в мініатюрну пальник 3. Остання встановлена ??в корпусі 4 на ізоляторі 6. Повітря, необхідне для горіння водню, з постійним об'ємною витратою, надходить в камеру 4 через розподільник 2. Над пальником на фторопластовий ізоляторі 6 встановлений колекторний електрод 5 з платини або ніхрому. Між пальником 3 і колекторним електродом 5 прикладається електричне поле від джерела 9 напруженістю 150-200 В / см. При згорянні чистого водню майже не утворюється іонів (опір водневого полум'я близько 1016Ом). Органічні речовини (гази і пари), що містяться в аналізованому газі, потрапляючи в водневе полум'я, згоряють і викликають різке збільшення іонного струму. Останній перетворюється в уніфікований сигнал перетворювача 7 з великим вхідним опором (108-109 Ом), а сигнал останнього сприймається автоматичним потенціометром 8.


 Мал. 11.25. Схеми полум'яних газоаналізаторів

Фізичні основи роботи плазмових іонізаційних аналізаторів вивчені ще недостатньо повно. Встановлено, що його сигнал, який визначається іонним струмом між пальником і колекторним електродом, для вуглеводнів при концентраціях в уже згадуваному газі, що не перевищують 0,5-1% об., Залежить від числа атомів вуглецю в молекулі:

U = knnc, '(11.59)

де kn - Коефіцієнт перетворення полум'яного ионизационного аналізатора по фізико-хімічним властивості (див. § 11.1); с - об'ємна концентрація визначається компонента в аналізованому газі. Для вуглеводнів з числом атомів вуглецю, що перевищує 6, вираз (11.59) з достатньою для практики точністю замінюють виразом

U = knk1?c = knk1 V?c = knk1 V?? c, (11.60)

де k1- Постійний коефіцієнт; ? - молекулярна маса визначається компонента; V? - Обсяг 1 моль і ? щільність визначається компонента в газовій фазі при нормальних умовах. При постійних витратах газових потоків в полум'яному іонізаційному газоаналізаторі вираз (11.60) можна представити у вигляді

U = Kcm, (11.61)

І

де K = knk1 V?, зm = ?с - масова концентрація визначається компонента в аналізованої газової суміші, виражена в (од. Маси) / (од. Обсягу).

Залежність (11.61) справедлива для багатьох вуглеводнів і для їх сумішей. Тому полум'яні іонізаційні газоаналізатори застосовуються як для вимірювання мікроконцентрації в повітрі індивідуальних вуглеводневих газів і парів рідин, так і для вимірювання їх сумарної масової концентрації, вираженої в наведених вище одиницях. Діапазони вимірювань від 0-1 до 1-100 мг / м3; класи точності 5-15; час реакції 10-20 с. Полум'яні іонізаційні газоаналізатори знаходять широке застосування в газовій хроматографії (див. Гл. 12).

Ефекти зміни інтенсивності і спектрального складу випромінювання полум'я покладені в основу роботи полум'яних фотометричні газоаналізаторів (рис. 11.25, б). Схема подачі газів в цьому аналізаторі аналогічна розглянутої (рис. 11.25, а). При згорянні в полум'я парів фосфор, серу- або галогенсодержащих речовин, що містяться в аналізованому газі, істотно змінюється інтенсивність випромінювання. Фотопоток надходить в фотоумножувач 6 через монохроматический фільтр 5, довжину хвилі якого приймають рівною 526, 394 або 589 нм при вимірюванні концентрацій фосфор, серу- і галогенсодержащих з'єднань відповідно. Сигнал фотоумножителя перетвориться в уніфікований сигнал за допомогою перетворювача 7 і сприймається автоматичним потенціометром 8. Полум'яні фотометричні газоаналізатори можуть застосовуватися для аналізу рідких речовин. З цією метою газоаналізатор забезпечений спеціальним пальником, в якій аналізуються рідка речовина перед згорянням розпорошується потоком газу.

 



потенціометричні аналізатори | хемілюмінесцентні газоаналізатори

ВИМІРЮВАННЯ КОНЦЕНТРАЦІЇ | Термокондуктометрічеськие газоаналізатори | дифузійні газоаналізатори | магнітні газоаналізатори | сорбційні газоаналізатори | Випарні і конденсаційні аналізатори | діелькометричні аналізатори | іонізаційні газоаналізатори | термохимические аналізатори | Електрокондуктометріческіе аналізатори |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати