Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

«Петербургский государственный университет путей сообщения»

Кафедра «Техносферная и экологическая безопасность»

Курсовая работа

на тему:

«Приборы для измерения концентрации вредных примесей в атмосфере»

Выполнила

студентка группы ИЗОС-815

Ларина Г.В.___________

Проверил работу

Тинус А.М.______________

Санкт-Петербург

2012

АННОТАЦИЯ

Атмосфера всегда содержит определённое количество примесей, поступающих от естественных и антропогенных источников. Для мониторинга концентрации вредных веществ в атмосфере, используют специальные приборы – газоанализаторы, которые позволяют получить точные количество и состав примесей в атмосферном воздухе.

В данной работе рассмотрены газоанализаторы получившее наибольшее распространение, такие как универсального газоанализатора УГ-2, оптические, электрохимические, термохимические и хроматографические.

Показаны их принцип действия и схема устройства.

Оглавление

Оглавление 2

Газоанализаторы 4

Устройство и принцип работы 8

универсального газоанализатора УГ-2 8

Порядок проведения работы 11

Оптические газоанализаторы 13

Инфракрасные газоанализаторы 13

Ультрафиолетовые газоанализаторы 16

Люминесцентные газоанализаторы 17

Электрохимические газоанализаторы 19

Термохимические газоанализаторы 23

Заключение 25

Список источников 26

Введение

Анализ смесей газов с целью установления их качественного и количественного состава, называют газовым анализом.

Приборы, при помощи которых производят газовый анализ, называют газоанализаторами. Они бывают ручного действия и автоматические.

Газоанализаторы широко используются в коммунальном хозяйстве, нефтяной и газовой промышленности, при проведении лабораторных исследований и экологического контроля, а также во многих других отраслях промышленности для определения качественного и количественного состава смесей газов, контроля концентрации газов.

Каждый газоанализатор предназначен для измерения концентрации только определенных компонентов на фоне конкретной газовой смеси в нормированных условиях. Наряду с использованием отдельных газоанализаторов создаются системы газового контроля, объединяющие десятки таких приборов.

Газоанализаторы

Газоанализаторы — это приборы для газового анализа смесей с целью установления их качественного и количественного состава. [1]

В большинстве случаев работа газоанализатора невозможна без ряда вспомогательных устройств, обеспечивающих создание необходимых температуры и давления, очистку газовой смеси от пыли и смол, а в ряде случаев и от некоторых мешающих измерениям компонентов и агрессивных веществ.[2]

Анализ газового состава атмосферного воздуха производится с помощью газоанализаторов, позволяющих осуществлять мгновенный и непрерывный контроль содержания в нем вредных примесей.

Для экспрессного определения токсичных веществ широкое применение нашли универсальные газоанализаторы упрощенного типа (УГ-2, ГХ-2 и др.), основанные на линейно-колористическом методе анализа. При просасывании воздуха через индикаторные трубки, заполненные твердым веществом - поглотителем, происходит изменение окраски индикаторного порошка. Длина окрашенного слоя пропорциональна концентрации исследуемого вещества, измеряемой по шкале в мг/л. Выпускаемый серийно отечественной промышленностью универсальный газовый анализатор УГ-2 позволяет определить концентрацию 16 различных газов и паров. Погрешность измерения не превышает ± 10% от верхнего предела каждой шкалы.

Для постоянного контроля состояния воздушной среды наибольшее применение нашли автоматические приборы, непрерывно регистрирующие концентрации анализируемого компонента в течение определенного времени. Методы контроля газовых примесей можно разделить на оптические, электрохимические, термохимические, хроматографические и др.

Наибольшее распространение для определения токсичных примесей в воздухе нашли оптические методы. Принцип действия оптических газоанализаторов основан на избирательном поглощении газами лучистой энергии в инфракрасной, ультрафиолетовой или видимой областях спектра. К приборам, работающим в инфракрасной области, относятся оптико-акустические газоанализаторы. Обычно они применяются для определения оксида и диоксида углерода, а также метана. Приборы, в которых лучистая энергия поглощается газами в ультрафиолетовой области спектра, применяют для обнаружения в воздухе паров ртути, карбонила, никеля, озона и некоторых других газов. Большое распространение получили фотоколориметрические газоанализаторы, действие которых основано на поглощении лучистой энергии в видимой области спектра растворами или индикаторными лентами, изменяющими свою окраску при взаимодействии с определенным газовым компонентом Различают жидкостные и ленточные фотоколориметры. В жидкостных фотоколориметрах концентрация анализируемого компонента воздуха определяется по изменению светопоглощения раствора. Принцип действия ленточных фотоколориметров основан на фотометрировании индикаторной ленты, предварительно обработанной раствором, вступающим в химическую реакцию с определенным компонентом. Чувствительность ленточных фотоколориметров выше, чем жидкостных, поэтому они нашли более широкое применение.

В последние годы получили распространение газоанализаторы, использующие не поглощение, а эмиссию излучения анализируемой газовой примеси. Сущность этого метода состоит в том, что исследуемые молекулы, например озона, оксидов азота, соединений серы, тем или иным способом приводят в состояние оптического возбуждения и затем регистрируют интенсивность люминесценции, возникающей при возвращении их в равновесное состояние. Применяются три типа люминесценции (и соответственно три типа газоанализаторов), различающихся между собой по типу возбуждения: хемилюминесценция (возбужденные молекулы возникают в ходе химической реакции), оптически возбуждаемая люминесценция (флюоресценция) и люминесценция в пламени (пламенно-фотометрические газоанализаторы).

Электрические газоанализаторы подразделяются на кондуктометрические и кулонометрические. В основу принципа действия кондуктометрических приборов положено поглощение анализируемого компонента газовой смеси соответствующим раствором и измерение его электропроводности. Такие газоанализаторы широко применяются для определения концентрации сероводорода, сернистого ангидрида, аммиака, оксида и диоксида углерода. В кулонометрических газоанализаторах электрохимическая реакция протекает в ячейке между анализируемым газом и электролитом, в результате которой во внешней цепи появляется электродвижущая сила, пропорциональная концентрации определяемого компонента воздуха. Этим методом можно измерять содержание в атмосфере сернистого ангидрида, сероводорода, диоксида азота, озона, фтористого и хлористого водорода и др.

При хроматографических методах анализа происходит разделение газовоздушной смеси сорбционными методами в динамических условиях. Разделение происходит в результате поглощения газовых компонентов на активных центрах адсорбции. В виду различия физических свойств отдельных составляющих газовоздушной смеси они продвигаются по хроматографической колонке с разной скоростью, что позволяет раздельно фиксировать их на выходе. С помощью хроматографических методов можно проводить качественный и количественный анализ органических и неорганических примесей воздуха с чувствительностью до 10^-9 - 10^-12%. Хроматографический метод успешно используется для определения содержания диоксида серы, сероводорода, меркаптанов, выхлопных газов автомобилей и обнаружения следов металлов в атмосфере (селена, теллура, ртути, мышьяка и др.).

Широкое применение для регистрации выбросов промышленных предприятий, а также исследования загрязнений атмосферы получили лазерные методы, в которых учитывается рассеивание излучения лазера частицами аэрозолей и молекулами газов. Рассеянная энергия попадает на приемную антенну локатора. Регистрируя и расшифровывая следы взаимодействия лазерных импульсов с атмосферными слоями, можно извлечь информацию о давлении, плотности, температуре, концентрации различных газовых составляющих атмосферы и других параметрах.

Создание лазеров большой мощности с узким и стабильным спектром излучения, лазеров с полностью автоматизированным циклом работ и передачей результатов в вычислительный центр, совершенствование методов извлечения информации из результатов зондирования позволяют осуществлять оперативный контроль степени загрязнения атмосферы в широких масштабах. Наиболее распространенные модели приборов для измерения концентраций пыли и газообразных примесей в атмосферном воздухе приведены в таблице 1. [3]

Таблица 1 Модели приборов для измерения концентраций пыли и газообразных примесей в атмосферном воздухе

Тип прибора	Метод измерений	Определяемое вещество	Измеряемая концентрация, мг/м3	Погрешность, %
ППА	Гравитационный (фильтрация)	Аэрозоль	Свыше 1,0	± 20
ПРИЗ	Радиоизотопный (β-излучение)	-	1-500	± 15
ФЭКП	Ленточный фотометр	-	0-4000	± 20
ФЭН-90	Нефелометрический	-	0-300	± 5,0
АЗ-5	Счетчик частиц (регистрация рассеянного света)	-	1-300	± 20
КДМ-1	Пьезоэлектрический	-	0-100	± 8,0
ОА-5501	Оптико-акустический	СО; СН4; СО2	0-4000	± 5,0
Тип прибора	Метод измерений	Определяемое вещество	Измеряемая концентрация, мг/м3	Погрешность, %
ФЛ-5601	Фотоколориметрический	SO2; NH3; NOx; H2S	0-20	± 10
«Атмосфера»	Электрохимический	О3; SO2; H2S	0-15000	-
КУ-3	Кондуктометрический	СО; СО2; пары бензина	0-500	± 5,00
8440	Хемилюминесцентный	NOх	0-5	± 3,0
ГПИ-А	Пламенноионизационный	Углеводороды	0-5	± 1,0