59 – 60. Термокондуктометрические газоанализаторы

Термокондуктометрические газоанализаторы. Их действие основано на зависимости теплопроводности газовой смеси от ее состава. Для большинства практически важных случаев справедливо уравнение:

Где теплопроводность смеси, - теплопроводность i - того компонента, Ci - eгo концентрация, n-число компонентов.

Термокондуктометрические газоанализаторы не обладают высокой избирательностью и используются, если контролируемый компонент по теплопроводности существенно отличается от остальных, например для определения концентраций Н2, Не, Аг, СО2 в газовых смесях, содержащих N2, О2 и др. Диапазон измерения - от единиц до десятков процентов по объему.

Изменение состава газовой смеси приводит к изменению ее теплопроводности и, как следствие, титры и электрическое сопротивления нагреваемого током металлического или полупроводникового терморезистора, размещенного в камере, через которую пропускается смесь. При этом:

где a-конструктивный параметр камеры, R1 и R2 - сопротивление терморезистора в случае пропускания через него тока I при теплопроводности газовой среды соответствует и, температурный коэффициент электрического сопротивления терморезистора.

Рис.1. Термокондуктометрический газоанализатор: 1 - источник стабилизированного напряжения; 2-вторичный прибор; R1 и R3 - рабочие терморезисторы; R2 и R4 - сравнительные терморезисторы; R0 и потенциометры; вход и выход анализируемой газовой смеси показаны стрелками.

На рис. приведена схема, применяемая во многихТермокондуктометрических газоанализаторах. Чувствительные элементы R1 и R3 (рабочие терморезисторы) омываются анализируемой смесью; сравнительные терморезисторы R2 и R4 помещены в герметичные ячейки, заполненные сравнительным газом точно известного состава. Потенциометры R0 и предназначены для установки нулевых показаний и регулировки диапазона измерения. Мера концентрации определяемого компонента - электрический ток, проходящий через, который измеряется вторичным (т.е. показывающим или регистрирующим) прибором. Термокондуктометрические газоанализаторы широко применяют для контроля процессов в производстве H2SO4, NH3, HNO3, в металлургии и др.

61) полное внутреннее отражение. Методика.

Метод полного внутреннего отражения – один из методов определения показателя преломления. Основан на использовании явления полного внутреннего отражения, которое заключается в следующем:

При переходе светового луча из среды с показателем преломления n1 в среду с показателем преломления n2 соблюдается следующая зависимость:

Где β1 – угол падения луча на границу раздела сред; β2 – угол преломления этого луча.

Рис. 1 Схема, поясняющая явление

полного внутреннего отражения

При определенном угле падения луча света из среды с большим показателем преломления в среду с меньшим показателем преломления , отраженный луч идет по поверхности раздела двух сред 3-3^’ или возвращается в первоначальную среду (3-А₁), т.е. претерпевает полное внутреннее отражение.

62) блок-схема автоматического рефрактометра.

Прибор работает следующим образом.

Свет от лампочки Л через светофильтр Сф и линзу К (конденсор) попадает на сферическую поверхность измерительной призмы ИМ, плоская грань которой омывается контролируемым раствором.

Рис 1. Блок-схема автоматического рефрактометра,

в котором используется принцип полного

внутреннего отражения

Л – лампа, Сф – светофильтр; Ф1,Ф2 – фотоэлементы;

ЭУ – усилитель; К – конденсор; ИП – измерительная

призма; РД – реверсивный двигатель; Р – редуктор;

ПС – показывающая стрелка.

Световой поток, отраженный от плоской поверхности измерительной призмы, проходит через ее сферическую выходную поверхность, выполняющую роль объектива. Показатель преломления материала призмы больше показателя преломления контролируемой жидкости, поэтому изменением угла падения выходного светового луча всегда можно обеспечить полное внутреннее отражение луча в измерительной призме. Отраженный свет делится на 2 зоны – световую и затемненную, и воздействует на 2 фотоэлемента Ф1 и Ф2, один из которых (Ф2) закреплен неподвижно, а второй может перемещаться с помощью реверсивного двигателя РД и редуктора Р. Равновесие измерительной системы соответствует положению, когда граница светотени проходит через Ф1.

Измерение концентрации раствора смещает границу светотени, и фотоэлемент Ф1 оказывается целиком в светлой или темной зоне, отчего его фототок будет либо больше, либо меньше, а РД, вращаясь в ту или иную сторону, будет смещать Ф1 опять на границу светотени. Через Р с осью РД связана также стрелка ПС вторичного прибора.

Достоинством рефрактометров этого типа является возможность измерения концентрации непрозрачных сред.

63) опишите явление полного внутреннего отражения

Явление полного внутреннего отражения заключается в следующем:

При переходе светового луча из среды с показателем преломления n1 в среду с показателем преломления n2 соблюдается следующая зависимость:

Где β1 – угол падения луча на границу раздела сред; β2 – угол преломления этого луча.

Рис. 1 Схема, поясняющая явление

полного внутреннего отражения

При определенном угле падения луча света из среды с большим показателем преломления в среду с меньшим показателем преломления , отраженный луч идет по поверхности раздела двух сред 3-3^’ или возвращается в первоначальную среду (3-А₁), т.е. претерпевает полное внутреннее отражение.

64) описание и принцип работы прибора автоматического рефрактометра, основанного на полном внутреннем отражении.

Прибор работает следующим образом.

Свет от лампочки Л через светофильтр Сф и линзу К (конденсор) попадает на сферическую поверхность измерительной призмы ИМ, плоская грань которой омывается контролируемым раствором.

Рис 1. Блок-схема автоматического рефрактометра,

в котором используется принцип полного

внутреннего отражения

Л – лампа, Сф – светофильтр; Ф1,Ф2 – фотоэлементы;

ЭУ – усилитель; К – конденсор; ИП – измерительная

призма; РД – реверсивный двигатель; Р – редуктор;

ПС – показывающая стрелка.

Световой поток, отраженный от плоской поверхности измерительной призмы, проходит через ее сферическую выходную поверхность, выполняющую роль объектива. Показатель преломления материала призмы больше показателя преломления контролируемой жидкости, поэтому изменением угла падения выходного светового луча всегда можно обеспечить полное внутреннее отражение луча в измерительной призме. Отраженный свет делится на 2 зоны – световую и затемненную, и воздействует на 2 фотоэлемента Ф1 и Ф2, один из которых (Ф2) закреплен неподвижно, а второй может перемещаться с помощью реверсивного двигателя РД и редуктора Р. Равновесие измерительной системы соответствует положению, когда граница светотени проходит через Ф1.

Измерение концентрации раствора смещает границу светотени, и фотоэлемент Ф1 оказывается целиком в светлой или темной зоне, отчего его фототок будет либо больше, либо меньше, а РД, вращаясь в ту или иную сторону, будет смещать Ф1 опять на границу светотени. Через Р с осью РД связана также стрелка ПС вторичного прибора.

Достоинством рефрактометров этого типа является возможность измерения концентрации непрозрачных сред.

65

Рефрактометрический метод определения концентрации растворенных веществ широко используется в различных отраслях науки и техники. Он отличается относительной простотой, требует мало времени и поэтому очень удобен при проведении исследований, связанных с большим количеством экспериментов по определению концентраций растворенных веществ, направленных на изучение различных кинетических закономерностей, где в первую очередь важен характер изменения концентрации во времени, а не ее абсолютные значения.

РЕФРАКТОМЕТРИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ

КОНЦЕНТРИРОВАННЫХ РАСТВОРОВ

НА призму рефрактометра наносят 2 – 3 капли воды и по шкале находят показатель преломления. Осторожно вытирают призму досуха наносят несколько капель испытуемого раствора и вновь устанавливают показатель преломления.

Концентрацию раствора в процентах (С) вычисляют по формуле:

где n - показатель преломления раствора;

n0 - показатель преломления растворителя;

F - фактор, равный величине прироста показателя преломления при

увеличении концентрации на 1%.

Экспериментально было подтверждено, что фактор зависит от природы и концентрации растворенного вещества.

66

Колориметрический метод получил самое широкое распространение -среди биохимических методов количественного определения веществ в биологических объектах.

Принцип метода. В основе этого метода лежит закон Бугера –Ламберта – Бера (1852), согласно которому существует прямо пропорциональная зависимость между концентрацией вещества в окрашенном растворе и степенью поглощения лучей света данным раствором. Интенсивность поглощения света зависит не только от количества и природы растворенного вещества, но и от толщины слоя раствора, длины волны падающего света, температуры раствора.

Степень поглощения света окрашенным раствором выражается оптической плотностью (экстинкцией), под которой понимают логарифм отношения интенсивности света, падающего на раствор, к интенсивности света, прошедшего через раствор. Величина оптической плотности обозначается буквой Е или D. Чем больше оптическая плотность, тем меньше света пропускает раствор. Для определения оптической плотности или светопропускания используют фотоэлектроколориметры.

67. Кондуктометрический метод измерений концентраций. Этот метод основан на зависимости электропроводимости веществ от их состава и концентрации отдельных компонентов. Метод широко применяется для измерения концентрации солей, оснований и кислот в жидких растворах и расплавах, для измерения солености воды для измерения концентрации газов по изменению электропроводимости раствора при поглощении им пробы анализируемого газа, а также для измерения влажности в твердых, газообразных и жидких средах.

Приборы, основанные на этом методе, называются кондуктометрическими концентратомерами, соленомерами, кондуктометрическими газоанализаторами и кондуктометрическими влагомерами.

В зависимости от используемых типов электрохимических резистивных преобразователей кондуктометрические приборы разделяются на контактные и неконтактные (емкостные и индуктивные). Последние, в свою очередь, делятся на низкочастотные и высокочастотные. Емкостные высокочастотные кондуктомеры целесообразно использовать для измерения слабых концентраций электролитов, а индуктивные — для сильных. Высокочастотные кондуктомеры можно также применять для измерения концентраций твердых частиц в жидкости, особенно в непрозрачных и густоокрашенных жидких средах, которые нельзя исследовать с помощью оптических методов.

68

Закон Кольрауша (или закон аддитивности электропроводности при бесконечном разбавлении электролитов) гласит, что в бесконечно разба

вленном растворе перенос электричества осуществляется всеми ионами независимо друг от друга; при этом общая молярная электропроводность раствора равна сумме молярных электропроводностей отдельных ионов. Закон был экспериментально установлен в 1879 году В. Кольраушем, позже получил объяснение исходя из теории электролитической диссоциации. При увеличении концентрации растворов увеличивается взаимодействие между ионами и закон Кольрауша не выполняется.

Методы измерения концентрации:

1. Рефрактометрический

2. Колориметрический

3. Кондуктометрический