Анализаторы жидкостей.

Для определения количественного состава смесей жидкостей непосредственно на технологических установках широкое применение нашли автоматические хроматографы, принцип действия которых не отличается от газовой хроматографии. Проба жидкости доводится до температуры испарения, и в измененном агрегатном состоянии (газообразном) она потоком газа-носителя вносится в хроматографическую колонку.

Кондуктометрыоснованы на измерении электрической проводимости (электропроводности) растворов электролитов (анализируемых жидкостей). Они применяются для измерения концентрации или удельной электропроводности агрессивных и неагрессивных жидких сред (обессоленной и дистиллированной воды, растворов соле1, кислот и щелочей, концентрированных и загрязненных электролитов и т.д.).

По типу чувствительного элемента (измерительной ячейки) методы измерения удельной электропроводности делятся на контактные и бесконтактные. Простейшим чувствительным элементом является двухэлектродная ячейка (рис. 2.182, а), которая преобразует измеряемый параметр – удельную электропроводность раствора – в сопротивление:

R=1/(ơk)=U/I

Где R – сопротивление, Ом; ơ – удельная электропроводность, См/м;

k- константа измерительной ячейки, м; U – напряжение, приложенное к электродам, В; I – сила тока в цепи электродов, А.

Константа двухэлектродной ячейки зависит от площади поверхности электродов и расстояния между ними. Для растворов с низкой электропроводностью применяют ячейки с большой константой (большая площадь при малом расстоянии), а для жидкостей с большой электропроводностью – ячейки с малой константой.

 

В процессе измерений, когда через электроды протекает электрический ток, они поляризуются, и сопротивление ячейки изменяется. Для уменьшения поляризации в автоматических кондуктометрах измерения производят на переменном токе.

В трехэлектродной ячейке (рис. 2.182, б) внешние электроды соединены, поэтому, по существу, она представляет собой двухэлектродные ячейки, включенные параллельно. В такой ячейке меньше сказываются внешние наводки.

В четырехэлектродной ячейке (рис.2.182,в) к двум крайним «токовым» электродам 1 и 4 подводится переменное напряжение и между ними в растворе протекает ток. Два внутренних электрода 2 и 3 служат зондами для измерения падения напряжения, которое создает ток на участке раствора, заключенном между ними.

Бесконтактные методы измерения электропроводности применяются при анализе технологических растворов, содержащих взвеси, коллоиды, а также при анализе растворов, склонных к пленкообразованию, кристаллизации и выпадению осадка.

Принцип действия измерительной ячейки низкочастотного бесконтактного кондуктометра поясняет схема, представленная на рис.2.183. Анализируемый раствор заполняет трубу, на которой установлены два тороидальных трансформатора Тр₁ и Тр₂.

 

Ток в первичной обмотке I возбуждающего трансформатора Тр₁ создает в его сердечнике магнитный поток, который наводит ЭДС е₁ в замкнутом витке проводящего раствора (жидклстном витке). Для трансформатора Тр₁ жидкостный виток является вторичной обмоткой. Сила тока I, протекающего в растворе, пропорциональна его электропроводности.

Для измерительного трансформатора Тр₂ жидкостный виток служит первичной обмоткой, поэтому ЭДС е₂, наводимая в его вторичной обмотке II, зависит от силы тока I, т.е. от электропроводности анализируемого раствора. Величину е₂ обычно измеряют компенсационным методом с использованием дополнительной обмотки III измерительного трансформатора Тр₂. Эта обмотка создает в его магнитопроводе встречный магнитный поток по отношению к потоку жидкостного витка. При полной компенсации, когда е₂=0, сила тока в обмотке III пропорциональна силе тока I.

Потенциометрические анализаторыоснованы на принципе определения активности ионов в растворах электролитов, а также измерения окислительно-восстановительного потенциала различных сред. Они чаще всего применяются для определения кислотности или щелочных свойств водных растворов, а также для контроля очистки сточных вод.

Фотометрические анализаторыоснованы на измерении ослабления излучения вследствие избирательного поглощения, определяемого растворенным веществом в некоторой области спектра излучения.

Метод таких анализов носит еще название абсорбционного спектрального анализа. Различают спектрофотометрический (в монохроматическом излучении) и фотометрический (когда излучение ограничено некоторым спектральным интервалом) методы анализа.

Поглощение лучей ультрафиолетовой или видимой областей спектра возбуждает электронную систему молекул. Избыток энергии выделяется в той или иной форме. Например, излучение может привести к химическим превращениям (фотохимические процессы) или вызывать вторичное излучение (люминесценция).

В большинстве случаев энергия возбуждения распределяется по отдельным энергетическим колебательным уровням, превращаясь в тепловое движение. Именно этот процесс является основой для измерения концентрации вещества по величине поглощения света.

Средства измерения концентрации веществ в различных жидких средах, основанные на зависимости оптической плотности раствора от концентрации растворенного вещества, носят название фотометров.

Наряду с фотометрами, предназначенными для определения концентрации растворенного вещества в растворе, важное значение имеют фотометрические приборы для определения концентрации взвешенных веществ (микрочастицы). Помощью анализаторов взвешенных частиц контролируется мутность воды, анализируется чистота топлив, инъекционных растворов, эффективность фильтрационных установок и т.д.

Большая часть методов анализа дисперсных систем основана на оптических явлениях и, в частности, на эффекте рассеяния света на микрочастицах. Интенсивность рассеянного света возрастает с увеличением числа рассеянных частиц.

На рис. 2.184 изображена функциональная схема фотометра, предназначенного для измерения оптической плотности микробиологической суспензии (активный ил) на станциях биологической очистки сточных вод предприятий коммунального хозяйства, нефтехимической, химической и других отраслей промышленности.

 

Световой поток от лампы просвечивания рабочего канала фокусируется в параллельный пучок при помощи линз 2. Из общего спектра при помощи цветовых фильтров 3 выделяется необходимая спектральная область. Далее световой поток проходит оптический клин 7, измерительную камеру 8 и попадает в интегрирующий фотометрический шар 9, на котором установлен светоприемник 10.

Аналогично световой поток сравнительного канала от лампы 1 проходит через линзы 2 и фильтры 3, отражается при помощи зеркала 4, пройдя через нейтральный светофильтр 5 и оптический клин 6, и попадает на светоприемник 11.

В исходном положении световые потоки, падающие на светоприемники 10 и 11 рабочего и сравнительного каналов, уравновешены.

При изменении оптической плотности измеряемой среды в измерительной камере 8 нарушается равновесие световых потоков и, тем самым меняется освещенность светоприемника 10 рабочего канала. В результате этого возникает электрический сигнал разбаланса измерительной схемы прибора, который поступает на согласующий усилитель 12, обеспечивающий согласование высокоомной измерительной схемы с низкоомным входом реверсивного усилителя 13. Последний приводит во вращение двигатель 17, на валу которого закреплены измерительный оптический клин 7, шкала прибора 18 и реостат 15 источника калибровочного сигнала.

Электродвигатель вращает измерительный оптический клин 7 до тех пор, пока снова не уравновесятся световые потоки рабочего и сравнительного каналов. Угол поворота оптического клина 7 фиксируется по шкале прибора 18 в единицах оптической плотности.