3.4. Хімічні основи методу - механізми реакцій
Основою будь газовимірювальної трубки фірми Drager з прямою індикацією є хімічна реакція вимірюваного речовини з реагентами складу, що заповнює трубку.
Ця реакція веде до забарвлення, тому газовимірювальні трубки можна назвати колориметричної хімічними датчиками. Хімічне перетворення речовини в газовимірювальній трубці пропорційно масі реагує газу. Звичайно можна ви разити це хімічне перетворення через довжину пофарбованої зони. Коли індикація через довжину забарвлення неможлива, альтернативою є газовимірювальна трубка фірми Drager з інтерпретацією інтенсивності забарвлення за допомогою колірного стандарту чи набору стандартів.
Заповнюють шари газовимірювальних трубок фірми Drager складаються з різних наборів реагентів. У цих трубках використовує 14 наборів реагентів, і в деяких випадках вони об'єднуються в одній трубці, щоб дати бажаний ефект. Для користувача газовимірювальних трубок селективність дуже істотна. Спектр селективності газовимірювальних трубок Drager дуже широкий: від трубок, селективних до конкретного речовини (наприклад, діоксиду вуглецю), до селективних до групи речовин (наприклад, хлорованим вуглеводнів), і селективних до класу речовин (так, трубка Політест вимірює багато легко окислюються речовини) . У користувача газовимірювальних трубок фірми Drager багато варіантів, і це керівництво допоможе вам в них розібратися.
Одна з класичних реакцій в газовимірювальних трубках ф. Drager перетворення пентаоксиду йоду у кислому середовищі в йод при реакції з моноксиду вуглецю. Хоча по суті це селективна до класу речовин реакція для вимірювання легко окислюється речовин, селективність можна підвищити відповідними попередніми шарами:
Реакції осадження солей металів - основа трубок на сірководень. Солі металів реагують з сірководнем з освітою слаборозчинних сульфідів металів. Ця швидка іонна реакція майже не залежить від швидкості потоку повітря через трубку. Для її протікання необхідна невелика кількість води, тобто вологість:
Діоксид азоту і елементарні галогени реагують з ароматичним аміном, формуючи інтенсивно забарвлені сполуки:
СL2+o-Толідін ----> помаранчевий продукт реакції
Оскільки хлоровані вуглеводні не вимірюються прямий колориметрической реакцією, на першому етапі необхідно провести окисне розкладання молекули. Ця реакція виконується з перманганатом калію або сполуками хрому (VI), з утворенням елементарного хлору. Потім хлор реагує з реактивом в індикаторному шарі, виробляючи забарвлений продукт реакції.
CO2 + N2H4 ----> NH2 – NH – COOH
Діоксид вуглецю вимірюється при окисленні гідрату гідразину в присутності фіолетового індикатора окисно відновної реакції:
NH3 + бромфенол синій ----> синій продукт реакції
Зазвичай діоксид вуглецю присутній при істотно більш високої концентрації, ніж будь-які речовини, які можуть володіти перехресної чутливістю, тому ця реакція дуже селективна. Можливі перешкоди від сірководню і діоксиду сірки не очікуються, оскільки вони можуть виникнути тільки при незвично високих концентраціях.
Інша велика група реакцій, яка використовується в газовимірювальних трубках фірми Drager, заснована на індикаторах pH, наприклад:
Цей тип реакції застосовується для вимірювання як лужних, так і кислотних газів.
Сполуки, що містять групу CѕN, вимірюються з використанням багатостадійних реакцій. Для акрилонітрилу, перший крок - реакція з сполуками хрому (VI). На наступному етапі іон ціаніду реагує з хлоридом ртуті, утворюючи соляну кислоту і недіссоціірованних ціанід ртуті. Соляна кислота вимірюється на останньому частковому етапі цієї складної реакційної системи за допомогою індикатора pH. Використовуються відповідні попередні шари, щоб забезпечити селективне вимір. Подібний принцип реакції використовується і в найбільш чутливою трубці на фосфористий водень (тобто фосфін), фосфористий водень 0.01 / a. Фосфористий водень також реагує з хлоридом ртуті, але в цьому випадку з освітою фосфіду ртуті і соляної кислоти. Соляна кислота знову вимірюється за допомогою індикатора pH.
Велика частина гідридів елементів III й або V ї груп періодичної таблиці (наприклад, боран або арсин), із за своїх відновлювальних характеристик реагують з солями золота, утворюючи елементне золото.
Ароматичні сполуки конденсуються в строго кислотних умовах з формальдегідом, утворюючи інтенсивно забарвлені хиноидной сполуки різної молекулярної структури. На цій підставі можна виміряти концентрацію кожного з цих партнерів по реакції; ароматичних сполук, подібно бензолу і ксилолу, а також формальдегіду. Для етиленоксиду і етиленгліколю необхідна додаткова реакція окислення, в якому обидві речовини перетворюються на формальдегід.
Діоксид сірки має ефект окислення на комплексах йоду (тобто иоде з крохмалем), що призводить до відбілювання або знебарвлення пофарбованого індикатора до нейтрального білого кольору. На цій реакції засновані кілька газовимірювальних трубок фірми Drager на діоксид сірки.
З'єднання хрому (VI) в кислому середовищі володіють сильним окислювальний дією, так що вони підходять для вимірювання багатьох органічних сполук. Трубка Alcotest фірми Drager для вимірювання алкоголю у видихуваному повітрі заснована на солях хрому (VI). У цьому випадку хром (VI) відновлюється до зеленого хрому (III). Сполуки хрому (VI), діючи як окислювачі, утворюють складні ефіри (не оцтової кислоти), які можуть окислюватися далі. Проте, колір цих хроматних трубок заснований тільки на іонах зеленого хрому (III) - безбарвні продукти окислення не впливають на процес вимірювання.
Заміщені ароматичні аміни реагують щодо селективно з хлоридами оцтової кислоти і фосгеном, де останній можна розглядати як дихлорид вугільної кислоти. Тетрахлорид вуглецю окислюється сильним окислювачем до фосгену, так що цей тип реакції також підходить для вимірювання тетрахлориду вуглецю.
Реакція окислення подвійних зв'язків C = C перманганатом калію - основа трубок фірми Drager для вимірювання олефінів (тобто алкенов). Також будуть вимірюватися і інші речовини, що окисляються перманганатом (наприклад, перхлоретілен).
Інша реакція відновлення солей металів дозволяє вимірювати етилен і деякі акрилати. Молібдати дають інтенсивне забарвлення, від світло жовтого до темно синій, коли відновлюється від найвищої до низької стадії окислення.
Не були згадані деякі селективні до речовини реакції:
- Виявлення кетонів з використанням похідних гідразину,
- Окислення солей титану (III) киснем,
- Виявлення нікелю з використанням діметілгліоксіма.
Приступаючи до аналітичних вимірів, слід враховувати обмеження газовимірювального методу. Важливо з урахуванням селективності знати про потенційних перехресна чутливість. Розглядаючи вичерпний список можливих хімічних речовин, неможливо перерахувати всі потенційні перешкоди. При виникненні питань щодо газовимірювальних трубкам звертайтеся до місцевого філія або до дистриб'ютора Drager.