Контрольні запитання:

1. Які параметри можуть змінюватися при дії температури?

2. Чому використовуються трьох-, чотирьох –провідні схеми включення термометрів опору у вимірювальні кола?

3. Опишіть схему автоматичного моста для вимірювань температури.

4. Опишіть схему автоматичного потенціометра для вимірювань температури.

5. Для чого призначені пірометри випромінювання? Як їх класифікують?

Тема 5.7 Вимірювання хімічного складу та властивостей речовин План

1. Загальні відомості

2. Вимірювання хімічного складу і концентрації рідини

3. Аналіз складу газів

4. Вимірювання вологості

1. Загальні відомості

Вимірювання хімічного складу і концентрації речовин широко використовуються для контролю технологічних процесів, у хімічних, біологічних, геологічних дослідженнях, медицині, сільському госпо­дарстві та інших галузях. Діапазон вимірюваних концентрацій дуже широкий.

Останнім часом у зв'язку з розвитком екології особливого значення набувають прилади для контролю чистоти біологічного середовища землі, води, повітря.

Різноманітність досліджуваних речовин, широкий діапазон вимі­рюваних концентрацій, складність і велика різноманітність умов вимі­рювання зумовили створення великої кількості найрізноманітніших методів і приладів для аналітичних вимірювань (аналізу хімічного скла­ду і концентрації). Це електрохімічні, іонізаційні, теплові та термомаг­нітні, спектрометричні, а також комбіновані методи.

Сьогодні найширше розповсюджені селективні, комбіновані та багатопараметричні методи, які дають змогу аналізувати багатокомпо­нентні речовини. Селективні методи, на відміну від інтегральних, дають можливість перейти від вимірювання властивостей речовин загалом до визначення окремих їх компонентів.

Для дослідження багатокомпонентних речовин найчастіше вико­ристовуються комбіновані методи, зокрема мас-спектрометричні, хро­матографічні.

Розглянемо деякі найпоширеніші електричні методи аналізу речо­вин і відповідні засоби вимірювання хімічного складу і концентрації.

2. Вимірювання хімічного складу і концентрації рідини

Широко застосовуються електрохімічні методи, до яких належать кондуктометричні, кулонометричні та полярографіч­ні методи.

Кондуктометричний метод базується на використанні резистивних електролітичних перетворювачів і широко застосовується для вимі­рювання концентрації солей, лугів чи кислот у водних чи інших рідких електропровідних розчинах (концентратоміри, солеміри), для вимірю­вання концентрації газів за зміною електропровідності розчину при поглинанні ним проби аналізованого газу (газоаналізатори), а також для вимірювання вологості в твердих, рідких і газоподібних середовищах (вологоміри).

У лабораторній практиці часто для вимірювання концентрації електролітів використовують зрівноважені мости, в одне з плеч якого вмикають вимірювальну комірку (перетворювач), що являє собою скля­ну посудину з двома плоско-паралельними елекродами, між якими зна­ходиться досліджуваний розчин (рис.1). Переважно значення опорів резисторів R₁ і R₂ в цій схемі вибирають однаковими, а схему урівно­важують за допомогою магазину опорів Rм. Тоді для зрівноваженого моста вимірюваний опір R_x перетворювача буде дорівнювати Rм.

Рис.1. Лабораторний кондуктометричний концентратомір

На рис. 2 зображена схема промислового кондуктометричного концентратоміра для вимірювань концентрації проточної рідини, що складається з резистивного електрохімічного перетворювача, викона­ного у вигляді двох плоско-паралельних пластин, поміщених у до­сліджуваний розчин. Перетворювач увімкнений в одне з плеч автома­тичного моста змінного струму. Резистори R4, Ro, R1, R2, що утворюють інші три плеча моста, виготовлені з манганінового дроту. Для змен­шення температурної похибки паралельно до плеча R4 вмикають терморезистор Rк, поміщений в досліджуваний розчин.

Рис. 2. Схема промислового кондуктометричного концентратоміра

Під час аналізу агресивних розчинів використовують безелектродні (безконтактні) кондуктометричні концентратоміри, перевагою яких є відсутність електродів, які могли б поляризуватись чи забруднюватись. Це підвищує надійність і точність безконтактних концентратомірів.

Кулонометричний метод оснований на вимірюванні кількості електрики чи струму під час електролізу досліджуваної речовини. Фізико-хімічною основою кулонометрії є закон Фарадея:

де m – маса виділеної речовини в процесі її електролізу, г;

М – мольна маса даної речовини;

І – сила струму, А;

t – час електролізу, с;

n – кількість електронів, які беруть участь в окисленні чи відновленні одного моля речовини.

Концентрація досліджуваної речовини визначається або за значенням усталеного струму електролізу при заданому сталому потенціалі, або при заданому сталому заданому струмові часом виділення речовини. Кулонометричний метод застосовують для вимірювань концентра­ції певного компонента (водню, кисню, двоокису вуглецю, вуглеводнів, хлору, фтору тощо) в рідкому і газовому середовищі, а також для вимірювань вологості газів.

Полярографічний метод оснований на знятті полярограми вольт-амперної характеристики електролізу розчину в спеціальному поляро­графічному перетворювачі. При якісному аналізі, порівнюючи значення напруги, що відповідає середині ділянки різкого зростання струму, зі значенням потенціалів виділення іонів, наведених у спеціальних таблицях, визначають тип іона, що знаходиться в розчині.