18.2 Электрофизические принципы

Основаны на использовании зависимостей физических свойств веществ от их состава и концентрации отдельных компонентов или воздействий анализируемых компонентов на измеряемый физический параметр чувствительного элемента.

18.2.1 Тепловой принцип

Тепловой принцип анализа основан на зависимости тепловых свойств вещества, главным образом его теплопроводности, от его состава и концентрации отдельных компонентов, а также на определении температурных коэффициентов при различных физико-химических фазовых превращениях вещества. Принцип используются для анализа газов, измерения вакуума, влажности газов, а также для анализа состава жидких сред [3].

На тепловом принципе основаны электрические гигрометры и психрометры, применяемые для измерения влажности газов. Разновидностью теплового принципа анализа является термохимический принцип, применяемый для определения суммарной концентрации примесей в органических веществах или для определения чистоты таких веществ. Принцип основан на зависимости температуры кристаллизации вещества от суммарного содержания примесей в диапазоне 0,5 – 1 % с погрешностью 20 %.

18.2.2 Магнитный принцип

Этот принцип получил широкое применение для измерения концентрации кислорода в газовых средах, поскольку из всех газов кислород обладает наибольшей магнитной восприимчивостью. Применяется для поисков полезных ископаемых, определения магнитных включений в немагнитных материалах, в дефектоскопии.

Разновидностью магнитного принципа является магнитовибрационный принцип, основанный на взаимодействии парамагнитного газа с переменным магнитным полем [3]. При наличии в исследуемом газе парамагнитного компонента (кислород, оксид азота, хлор) в измерительной камере возбуждаются механические колебания, амплитуда которых пропорциональна концентрации определяемого магнитного компонента. Погрешность приборов, основанных на этом методе, составляет 0,1 – 5 %.

Другая разновидность – емкостный, или диэлькометрический принцип. Этот принцип основан на зависимости диэлектрических свойств вещества от их состава и концентрации отдельных компонентов. Измерение концентрации в этом методе сводится к определению емкости конденсатора, между обкладками которого помещается исследуемое вещество, выполняющее роль диэлектрика. Погрешность составляет 2 %.

18.2.3 Ионизационные принципы

Основаны на ионизации анализируемого вещества и измерении ионного тока, пропорционального концентрации определяемого компонента [3]. Применяются в вакуумметрах, ионизационных газоанализаторах, для измерения аэрозолей, влажности газов.

Наибольшее применение для целей анализа получили:

а) ионизации газов электронами, возникающими вследствие автоэлектронной эмиссии (преобразователи с холодным катодом) и термоэлектронной эмиссии (преобразователи с горячим катодом);

б) электроразрядный способ ионизации, основанный на зависимости характеристик электрического разряда в газах от их состава;

в) ионизация за счет облучения анализируемого вещества радиоактивным и рентгеновским излучением;

г) термическая ионизация молекул в пламени водорода;

д) ионизация с помощью лазерного излучения.

Ионизационный принцип с использованием радиоактивного излучения применяется в вакуумметрах, газоанализаторах и детекторах хроматографов. Наиболее распространенными разновидностями этого принципа являются принципы непосредственной ионизации атомов и молекул анализируемого газа радиоактивным излучением и ионизация с помощью метастабильных атомов.

Достоинства: имеют практически линейную характеристику в широком диапазоне, малую инерционность, высокую чувствительность и способны работать при температурах 300 ⁰С.

Ионизационно – пламенный принцип основан на ионизации молекул исследуемого вещества в водородном пламени (рис. 18.3).

Чистый водород, сгорая в воздухе, почти не образует ионов, поэтому водородное пламя имеет очень большое сопротивление (10¹² – 10¹⁴ Ом). Если вместе с водородом в преобразователь поступает исследуемый горючий газ, то в результате термической диссоциации и окисления происходит ионизация молекул газа и сопротивление между электродами 1 и 2 преобразователя резко падает. Вследствие этого увеличивается ток и падение напряжения на резисторе R, которое через усилитель подается на самопишущий прибор. Достоинством является высокая чувствительность и линейность.

Рис. 18.3. Схема ионизационно – пламенного принципа