С развитием химической промышленности и других отраслей все возрастающую роль играют измерения различных параметров технологических и других процессов. В том числе необходимо производить анализ состава и концентрации различных сред, определение предельно допустимых концентраций и др.
При проведении таких измерений очень важным является обеспечение правильности отбора проб, так как при динамических процессах происходит запаздывание изменения их состава.
Для взятия проб используют методы отсекания, успокоения потока, разделение потока на компоненты с помощью сорбционных камер и т.п.
Кроме случайных ошибок при отборе проб возможны систематические погрешности по причинам:
- неравномерности состава,
- ошибки выбора места, времени и способа отбора проб,
- нестабильность самой среды во времени.
К физическим методам анализа состава газообразных сред относится определение плотности, вязкости, теплопроводности, показателя преломления, магнитной и диэлектрической проницаемости растворов, поглощение ими электромагнитного излучения и др.
В качестве первичных преобразователей при этом используют, например, термокондуктометры, парамагнитные и термомагнитные газоанализаторы. Принцип их работы основан на сравнении температуры нагревателей, установленных в среде (один между полюсами магнита, а другой – без магнита). Газ втягивается магнитным полем, если это парамагнетик. При этом нужно учитывать влияние температуры на магнитные свойства газа и на его давление.
Например, в приборах, реализующих принцип «магнитного ветра» используется дифференциальный метод, при котором измеряют разность сопротивления термисторов термомагнитного преобразователя.
Оптические методы анализа состава веществ основаны на взаимодействии между светом и веществом, в основе которых лежит зависимость скорости света и длины волны от физикохимических свойств среды. Изменение состава среды приводит к изменению показателя преломления, коэффициента поглощения и других оптических показателей среды.
.files/image1394.jpg)
Рис. 12.1 Схема прибора для контроля мутности растворов.
Например, в рефрактометрах используют зависимость коэффициента преломления вещества от его состава. Коэффициент преломления зависит от частоты (дисперсия). При этом необходимо учитывать, что для определенных частот света может происходить аномальное поглощение энергии излучения, может возникать двойное лучепреломление и т.п.
Существуют рефрактометры отражения, преломления, интенсивности, интерференционные.
.files/image1396.jpg)
Рис. 12.2 Принцип работы рефрактометра.
В основе поляриметрии лежит определение оптической активности среды, то есть используется способность молекул вещества вызывать поворот плоскости колебаний поляризованных лучей. Используется для контроля технологических процессов в химической, фармацевтической промышленности для многокомпонентных растворов.
Спектральная фотометрия. Вещество может излучать или трансформировать излучение в другие виды энергии. Фотометрия основана на измерении потока или интенсивности излучения. Спектр излучения вещества является индивидуальной характеристикой и используется для анализа его состава, так как несет информацию об его атомном и молекулярном строении, количественном содержании отдельных компонентов.
ИК-диапазон излучения характеризует колебательные и вращательные движения атомов и молекул, а видимый спектр излучения обусловлен переходами электронов внутри атомов.
При создании приборов данного типа предъявляются повышенные требования к источникам излучения. Для выделения нужной области спектра излучения применяют светофильтры (твердотельные жидкие), дисперсионные решетки, призмы, или их комбинации. Полученный спектр наблюдают визуально (спектроскоп), переносят изображение на твердую копию (спектрограф), с использованием отдельных фотоприемников (полихроматоры, монохроматоры).
Фотоприемники выбирают по спектральной чувствительности, стабильности, линейности, по отношению сигнал/шум, старению.
Разрабатывают и новые типы фотоприемников, например, фотоакустические. Модулированное по амплитуде излучение вызывает колебание давления в исследуемом газе и производится анализ акустического сигнала.
Для получения излучения веществом используют различные способы, это воздействие на вещество: пламенем; люминесценцией;тлеющим разрядом (в газах); лектрической дугой; электрической искрой; лазером; ионное возбуждение; высокочастотное; образование плазмы и др.
Проводятся исследования и разрабатываются методы колебательной спектроскопии, основанные на получении характерного колебательного спектра вещества. Как известно, объемная молекула имеет (3N-6) степеней свободы, линейная - (3N-5). Но за счет взаимодействий число степеней свободы возрастает (неупругое рассеяние квантов). Для обработки таких спектрограмм используются компьютерные технологии.
