Абсорбционные ультрафиолетовые и инфракрасные анализаторы

 

Большинство газообразных и жидких веществ обладает способностью поглощать ультрафиолетовое излучение (УФ-излучение), однако спектры поглощения этого излучения для многих веществ существенно перекрываются. Это определяет возможность селективного измерения по поглощению УФ-излучения концентрации весьма ограниченного числа веществ. Способностью поглощать УФ-излучение обладают ароматические и гетероциклические соединения. Углеводороды парафинового ряда практически не поглощают УФ-излучение. Абсорбционные ультрафиолетовые анализаторы на химико-технологических процессах применяются в основном для измерения концентрации газов и паров, а именно: диоксида азота, озона, ртути, сернистого ангидрида, сероводорода, сероуглерода, формальдегида, фосгена, хлора, четыреххлористого углерода и др. В последнее время абсорбционные ультрафиолетовые анализаторы с миниатюрными (в несколько микролитров) оптическими кюветами находят применение в промышленных жидкостных хроматографах (см. гл. 12).

Конструктивно абсорбционные ультрафиолетовые анализаторы, выполняемые однолучевыми и двухлучевыми, реализуют методы прямого или уравновешивающего преобразований, т. е. по схемам они аналогичны анализаторам (см. § 11.7), в работе которых используется излучение видимой части спектра. Особенностью абсорбционных ультрафиолетовых анализаторов является необходимость применения в их оптических системах элементов, изготовленных из кварца. В качестве источника УФ-излучения в этих анализаторах применяются ртутные, ртутно-кадмиевые, кадмиевые, водородные и ртутные газоразрядные лампы, и в качестве лучеприемников — фотоэлементы, фотосопротивления, фотоумножители, чувствительные к УФ-излучению. Обычно используется УФ-излучение с длиной волны 0, 254 мкм. Абсорбционные ультрафиолетовые анализаторы позволяют измерять концентрацию в диапазонах от 0-10^-4 до 0—100% об. в зависимости от типа определяемого компонента и имеют классы точности 2—10.

Способностью поглощать инфракрасное излучение (ИК-излучение) обладают вещества, молекулы которых состоят не менее чем из двух различных атомов. Это определяет возможность применения абсорбционных инфракрасных анализаторов для измерения концентраций самых разнообразных веществ. На рис. 11.9, а приведены спектры поглощения ИК-излучения для некоторых газов. На рисунке можно выделить длины волн, на которых имеет место селективное поглощение ИК-излучения, например, для СО₂, СО, СН₄ и С₂Н₆, что определяет возможность селективного измерения их концентраций в многокомпонентных газовых смесях. Такие газы, как азот, кислород, водород, гелий, аргон и другие, не поглощают ИК-излучение.

В последнее время разработано несколько схем инфракрасных анализаторов, в работе которых используется метод прямого или уравновешивающего преобразования. Как правило, эти схемы являются дифференциальными и двухлучевыми. В качестве источников излучения используются излучатели из хромоникелевой проволоки (нихром) диаметром 0, 3 мм, нагретой до 700— 800°С. Приемниками излучения служат болометры (от греч. bole — лучи и metreo — мера) с батареей термоэлектрических чувствительных элементов или терморезисторов, фоторезисторы и так называемые конденсаторные микрофоны.

Инфракрасные газоанализаторы, в которых в качестве приемника излучения используется конденсаторный микрофон, называют оптико-акустическими по той причине, что первоначально при их разработке частота колебаний мембраны конденсатора составляла 200 Гц, т. е. располагалась в области звуковых частот. Впоследствии эти частоты были снижены до 6 Гц, однако первоначально принятое название газоанализаторов пока применяется часто.

На рис. 11.9, б показана одна из распространенных схем оптико-акустических газоанализаторов. Здесь инфракрасное излучение (2—8 мкм) от источников 1, расположенных в сферических отражателях 2 и нагреваемых током источника питания 3, направляется в измерительный канал через фильтровую кювету 6, измерительную кювету 7 и отражатель 8 к нижней камере лучеприемника 9, а в сравнительном канале — через сравнительную кювету 18 и компенсационную отражающую кювету 16 к верхней камере лучеприемника 9. Обтюратор 5, приводимый в движение синхронным двигателем 4, осуществляет поочередное прерывание потока излучения в измерительном и сравнительном каналах. Через измерительную кювету 7 непрерывно прокачивается анализируемый газ. Сравнительная кювета 18 заполняется газовой смесью, в состав которой входят какой-либо не поглощающий ИК-излучение газ и неопределяемые компоненты в концентрациях, соответствующих их средним значениям в анализируемой смеси. Фильтровые кюветы 6 заполняются теми неопределяемыми компонентами анализируемого газа, полосы поглощения которых частично перекрываются полосами поглощения определяемого компонента, что уменьшает влияние изменений концентраций этих компонентов на результат измерения. Камеры лучеприемника 9 и кюветы 16 заполняются определяемым компонентом.

При поступлении ИК-излучения в камеры лучеприемника 9 за счет энергии излучения, поглощаемой определяемым компонентом, изменяется его температура (изменение температуры обычно составляет 10^-5°С). Это сопровождается появлением колебаний разности давлений в камерах лучеприемника в результате поочередного прерывания потоков ИК-излучения обтюратором. Под действием этой разности давлений тонкая (толщина 5—10 мкм) металлическая мембрана 12 совершает периодические колебания. Эта мембрана и неподвижная пластина 11, укрепленная на изоляторе 10, составляют конденсаторный микрофон, емкость которого изменяется при колебаниях мембраны. При изменении содержания определяемого компонента в анализируемой смеси колебания мембраны 12, а следовательно, и изменения емкости конденсаторного микрофона становятся асимметричными, что воспринимается электронным усилителем 13, который управляет работой реверсивного двигателя 14. Ротор этого двигателя через механическую передачу перемещает отражающий шток 17, что изменяет толщину поглощающего слоя газа в кювете 16 до тех пор, пока колебания мембраны не станут симметричными. Угол поворота ротора двигателя 14 с помощью реохорда 15 реостатной системы передачи передается вторичному прибору 19. Оптико-акустические газоанализаторы используются для измерения в многокомпонентных смесях концентраций следующих газов: СО, С0₂, СН₄, С₂Н₂, NН₃, С₃Н₆, С₄Н₈ и др. Диапазоны измерений этих анализаторов от 0—0, 1 до 0—100% об. Классы точности 2, 5—10 (в зависимости от диапазона измерений).

Инфракрасные газоанализаторы с термоэлектрическими и терморезисторными болометрами используются для решения некоторых специальных задач аналитического контроля. Эти анализаторы находят широкое применение для измерения концентрации воды в нефтепродуктах, нефтях и растворителях.

Диапазоны измерений от 0—0, 0001 до 0—10 % об., расход анализируемой жидкости 0, 6 м/ч. Классы точности 2, 5—4.

 

⇐ Предыдущая19202122232425262728Следующая ⇒

Поделиться: