3. Кількісний аналіз газів
3.1. Принципи газового аналізу
Газовий аналіз – це аналіз суміші газів із метою встановлення їх якісного та кількісного складу. Розрізняють хімічні, фізико-хімічні та фізичні методи газового аналізу. Перевага хімічних методів газового аналізу – простота конструкції приладів (газовизначників) та виконання аналізу.
В основі кількісного визначення компонентів газоподібної суміші лежать різні принципи. Одним із способів кількісного визначення газів є поглинання газу (найчастіше рідким середовищем) та аналіз одержаного розчину за допомогою, наприклад, титриметричного методу. Так, амоніак можна поглинати відміряним об’ємом хлоридної кислоти з відомим титром, яку потім відтитровують за допомогою деяких методів ацидометрії. Карбон(IV) діоксид можна поглинати в посудину з лугом (КОН) та кількісно визначати за збільшенням маси поглинача. Сульфур(IV) діоксид після поглинання розчином можна визначати йодометрично.
Інший спосіб кількісного визначення газів – предмет так званого газометричного аналізу (волюмометрії). У цьому випадку кількість газу визначають шляхом вимірювання його об’єму (тиску) в умовах сталого тиску (об’єму). Це визначення може бути пряме або непряме. При цьому поглинання компонентів газової суміші проводять за допомогою різних реагентів (табл. 4).
Таблиця 4
Адсорбівні речовини для деяких компонентів промислових газів
Газ |
Адсорбент |
CO2, SO2 |
KOH |
CO |
CuCl + Cu в аміачному або хлоридно- кислому розчині |
O2 |
Лужний розчин пірогалолу; Р |
Ненасичені вуглеводні |
Бромна вода; димляча H2SO4 |
PH3, AsH3, SbH3 |
AgNO3 |
NH3 |
H2SO4 (d = 1,7 г/см3 |
NO |
FeSO4 |
У разі застосування прямих газометричних методів об’єм визначуваного газу вимірюють безпосередньо після того, як із газової суміші видалені інші її компоненти, наприклад, у ході поглинання їх відповідними поглиначами. У випадку застосування непрямих газометричних методів після вимірювання загального об’єму суміші визначуваний компонент видаляють та знову вимірюють об’єм суміші. Об’єм визначуваного газу знаходять за різницею двох об’ємів.
Якщо необхідно визначити абсолютну кількість відповідного газу, то крім точного вимірювання його об’єму, слід знати ще тиск та температуру, за яких він був виміряний, щоб його можна було привести до нормальних умов згідно з рівнянням
=
, (10)
де V і Р – об’єм та тиск газу за температури Т (у К); V0 і Р0 – об’єм та тиск за нормальних умов (Р0 = 1 атм = 1,0132·105 Па = 760 мм рт. ст.).
Якщо взяти до уваги, що за нормальних умов один грам/моль будь-якого газу займає об’єм 22,41 л (V0), то можна обчислити абсолютну кількість газу в молях або грамах.
Якщо в процесі аналізу необхідно встановити вміст даного компонента в об’ємних відсотках у газовій суміші, то достатньо всі вимірювання провести за однакових температури та тиску – приводити виміряні об’єми до нормальних умов не обов’язково.
Крім визначення газів у різних газоподібних об’єктах, газовий аналіз успішно застосовують для дослідження рідких та твердих компонентів. Останні шляхом відповідної хімічної або термічної дії перетворюють на газоподібні речовини, які потім визначають методами газометричного аналізу.