химический каталог




ГАЗОВЫЙ АНАЛИЗ

Автор Химическая энциклопедия г.р. И.Л.Кнунянц

ГАЗОВЫЙ АНАЛИЗ, качеств. обнаружение и количественное определение компонентов газовых смесей. Проводится как с помощью автоматич. газоанализаторов, так и по лабораторная методикам. Как правило, методы ГАЗОВЫЙ АНАЛИЗ а. основаны на измерении физических параметров (свойств) среды (электрич. проводимости, магн. восприимчивости, теплопроводности, оптический плотности, коэффициент рассеяния и др.), значения которых зависят от концентраций определяемых компонентов. В избирательных методах измеряемое свойство зависит преимущественно от содержания определяемого компонента. Неизбирательные методы основаны на измерении интегральных свойств пробы (например, плотности, теплопроводности), которые зависят от относит. содержания всех ее компонентов. Последние методы применяют для анализа бинарных и псевдобинарных газовых смесей, в которых варьируется содержание только определяемого компонента, а соотношение концентраций остальных компонентов не изменяется.

Выбор методов ГАЗОВЫЙ АНАЛИЗ а., обеспечивающих избирательное определение интересующего компонента непосредственно по измерению физических параметров анализируемого газа, весьма ограничен. В большинстве случаев избирательность достигается предварит. обработкой пробы, например фракционированием, концентрированием, конверсией; в частности, применяют мембранные методы, которые служат для выделения определяемой примеси из анализируемого газа, удаления макрокомпонентов при концентрировании, разбавления пробы газом-носителем в заданное число раз.

Основные методы. По характеру измеряемого физических параметра методы Г. а. можно разделить на механические, акустические, тепловые, магнитные, оптические, ионизационные, масс-спектрометрические, электрохимические, полупроводниковые.

К механическим методам относят пневматические, среди которых различают аэростатический и аэродинамический. В первом измеряют плотность газовой смеси, во втором - зависящие от плотности и вязкости параметры таких процессов, как дросселирование газовых потоков, взаимодействие струй, вихреобразование и т.д. Эти методы применяют для анализа бинарных и псевдобинарных смесей, например для определения Н2 в воздухе, Н2 в этилене, СО2 в инертных газах, Cl2 в Н2 и т.д. Миним. определяемые концентрации (МОК) от 10-2 до 10 -1 мол. %.

К механические методам относится также волюмоманометриче-ский, основанный на измерении объема или давления газовой пробы после химический воздействия на нее, которое может заключаться, например, в последовательном поглощении компонентов анализируемого газа подходящими реактивами в поглотительных сосудах. МОК от 10 -3 до 10-2 мол. %.

Акустич. методы основаны на измерении поглощения или скорости распространения звуковых и ультразвуковых волн в газовой смеси. Методы не избирательны и применяются, в частности, для определения СН4, О2, Н2 в бинарных и псевдобинарных смесях. МОК от 10-3 до 10-1 мол. %.

Тепловые методы основаны на измерении теплопроводности газовой смеси (термокондуктометрич. метод) или теплового эффекта реакции с участием определяемого компонента - (термохимический метод). Термокондуктометрич. методом находят содержание, например, Не, СО2, Н2, СН4 Cl2 в бинарных и псевдобинарных смесях (МОК от 10-2 до 10-1 мол. %). Термохимический метод используют для избирательного определения СО, СН4, О2, Н2, контроля в воздухе взрывоопасных и пожароопасных примесей (смесей газообразных углеводородов, паров бензина и т.д.). При определении СН4, например, его сжигают в присутствии катализатора (Pt и Pd на активном Al2О3); количество выделившегося тепла, пропорциональное концентрации СН4, с помощью терморезисторов преобразуют в электрич. сигнал, который регистрируют. МОК от 10-3 до 10 -2 мол. %.

В магнитных методах измеряют физических характеристики газа, обусловленные магн. свойствами определяемого компонента в магн. поле. С их помощью контролируют содержание О2, отличающегося аномально большой парамагн. восприимчивостью. Наиб. распространен термомагн. метод, основанный на зависимости парамагн. восприимчивости О2 от его концентрации при действии магн. поля в условиях температурного градиента. МОК от 10-2 до 10-1 мол. %.

В оптический методах измеряют оптический плотность (абсорбц. методы), интенсивность излучения (эмиссионные методы), коэффициент преломления (рефрактометрический) и некоторые др. оптические свойства.

Абсорбц. методы, основанные на измерении селективного поглощения ИК-, УФ- или видимого излучения контролируемым компонентом, применяют, например, для избирательного определения NO2, карбонилов некоторых металлов, О3, H2S, SO2, CS2, формальдегида, фосгена, Cl2, СCl4, а также паров Hg, Na, Pb и др. элементов. МОК от 10-5 до 10-2 мол. %. Широко используется оптико-акустич. метод, основанный на пульсации давления газа в лучеприемнике при поглощении прерывистого потока излучения, прошедшего через анализируемый газ. Метод позволяет определять СО, СО2, СН4, NH3, SO2, ряд органическое соединений. МОК от 10-3 до 10-2 мол. %. Источники излучения в абсорбц. методах-лампы накаливания, ртутные, водородные, ртутно-кадмиевые, кадмиевые, нихромовые спирали. Применяют также лазеры: имеются варианты лазерного оптико-акустич. метода, лазерного внутрирезонаторного спектрально-абсорбц. метода и др. Использование лазеров позволило в ряде случаев повысить селективность абсорбц. методов, снизить МОК от 10-7-10-6 мол. %.

По фотоколориметрич. оптический методу предварительно проводят цветную реакцию контролируемого компонента с подходящим реагентом в газовой фазе, в индикаторном растворе или на поверхности твердого носителя (в виде ленты, таблетки, порошка) и измеряют интенсивность окраски продуктов реакции. Например, О3, NO2 и Cl2 определяют по реакции с KI в водном растворе с образованием свободного I2, который в присутствии крахмала окрашивает раствор в синий цвет. Для определения H2S индикаторную ленту пропитывают раствором Рb(ООССН3)2. При соприкосновении анализируемого газа с лентой на ее поверхности образуется темный осадок PbS, что изменяет интенсивность отраженного света. Метод применяют также для избирательного определения оксидов азота, СО, CS2, NH3, ацетилена, фосгена, формальдегида и др. МОК от 10-6 до 10-3мол. %.

В эмиссионных оптический методах измеряют интенсивность излучения определяемых компонентов. Излучение можно возбудить электрич. разрядом (МОК от 10-4 до 10-1 мол. %), пламенем, светом от др. источников (при использовании лазера МОК достигает 10-7-10-6 мол. %). Эти методы применяют для количественное определения многие элементов и соединений.

В хемилюминесцентном методе измеряют интенсивность люминесценции, сопровождающей некоторые химический реакции в газах. Метод применяют, в частности, для определения О3 и оксидов азота. Например, определение NO основано на его окислении озоном. МОК от 10-6 до 10-4 мол. %.

Оптич. методы, основанные на рассеянии (рэлеевском, комбинационном) света, получили развитие благодаря лазерной технике. Они применяются, в частности, при дистанционном контроле чистоты атмосферы (так называемой лидарные методы) для определения главным образом вредных примесей - органическое соединение, оксидов азота, серы, углерода и т.д. МОК от 10-6 до 10-1 мол. %.

Рефрактометрич. метод используется для определения СО2, СН4, ацетилена, SO2 и др. в бинарных и псевдобинарных смесях. МОК ок. 10-2 мол. %. Интерферометрич. оптический метод основан на измерении смещения интерференционных полос в результате изменения оптический плотности газовой смеси при изменении концентрации определяемого компонента. Применяется, например, для определения СО2 и СН4 в воздухе. МОК ок. 10-2 мол. %

Ионизационные методы основаны на измерении электрич. проводимости ионизованных газовых смесей. Ионизацию осуществляют радиоактивным излучением, электрич. разрядом, пламенем, УФ-излучением, на нагретой каталитически активной поверхности. Например, метод, основанный на измерении разницы сечений (вероятностей) ионизации газов радиоактивным излучением, используют для анализа таких бинарных смесей, как Н2—N2, N2—CO2, а также некоторых углеводородов (МОК ок. 10-2 мол. %). Метод, основанный на ионизации органическое соединение в водородном пламени, применяют для определения органическое примесей в бинарных газовых смесях и воздухе (МОК ок. 10-5 мол. %). Метод, в котором определяемый компонент предварительно переводят в аэрозоль, используют для измерения содержания в воздухе примесей NH3, HCl, HF, NO2, аминов, паров HNO3, карбонилов Ni и Со и др. МОК, как правило, от 10-5 до 10-4 мол. %.

Масс-спектрометрич. методы, основанные на измерении масс ионизованных компонентов анализируемого газа (см. Mace-спектрометрия), применяют для определения инертных газов, О2, Н2, оксидов углерода, азота и серы, а также неорганическое, органическое и металлоорганическое летучих соединений. МОК от 10-5 до 10-3 мол. %.

В электрохимический методах измеряют параметры системы, состоящей из жидкого или твердого электролита, электродов и определяемого компонента газовой смеси или продуктов его реакции с электролитом. Так, потенциометрич. метод основан на зависимости потенциала индикаторного электрода от концентрации иона, полученного при растворении определяемого компонента в растворе; амлерометрический - на зависимости между током и количеством определяемого компонента, прореагировавшего на индикаторном электроде; кондуктометрический - на измерении электропроводности растворов при поглощении ими определяемого компонента газовой смеси. Электрохимический методами измеряют содержание примесей SO2, O2, H2S, Cl2, NH3, O3, NO2 и др. МОК от 10 -6 до 10-4 мол. %.

В полупроводниковых методах измеряют сопротивление полупроводника (пленки или монокристалла), взаимодействующего с определяемым компонентом газовой смеси. Взаимод. может состоять, например, в хемосорбции газов поверхностью. Методы применяют для измерения содержания Н2, метана, пропана, О2, оксидов углерода и азота, галогенсодержащих соединений и др. МОК от 10-5 до 10-3 мол. %.

Среди методов ГАЗОВЫЙ АНАЛИЗ а. иногда выделяют так называемой комбинированные. К ним относятся методы, отличающиеся способом предварит. преобразования пробы (хроматография, изотопное разбавление), который может сочетаться с измерением различные физических параметров, а также многопараметрич. вычислительный метод.

Вхроматографич. методах ГАЗОВЫЙ АНАЛИЗ а. разделение анализируемой смеси происходит при ее движении вдоль слоя сорбента. Наиб. часто применяют проявительный вариант, в котором исследуемый газ переносится через слой сорбента потоком газа-носителя, сорбирующегося хуже любого из компонентов анализируемой газовой смеси. Для измерения концентрации разделенных компонентов в газе-носителей применяют различные детекторы хроматографические. Хроматографич. методы обеспечивают анализ широкого круга органическое и неорганическое компонентов с МОК 10-4-10-2 мол. %. Сочетание хроматографич. разделения с предварит. концентрированием (криогенной адсорбцией, диффузией и др.) определяемых компонентов позволяет снизить значения МОК до 10-7-10-6 мол. %.

В методе изотопного разбавления в анализируемую пробу вводят радиоактивные или, чаще, стабильные изотопы определяемого компонента и затем выделяют его из пробы вместе с добавкой. В случае радиоактивного изотопа концентрацию компонента рассчитывают по удельная радиоактивности выделенного компонента, в случае стабильных изотопов - по результатам масс-спектрометрич. или спектрального анализа его изотопного состава. Применяется также метод, основанный на реакции между определяемым компонентом и радиоактивным реагентом. Образовавшееся соединение выделяют, измеряют его удельная активность, по значению которой находят концентрацию определяемого компонента. Методами изотопного разбавления измеряют содержание примесей О2, N2, H2, оксидов углерода и азота, СН4, Cl2 и др. МОК от 10-7 до 10-1 мол. %.

Многопараметрич. вычислительный метод основан на совместном измерении ряда физических параметров смеси известного качеств. состава и на решении с помощью ЭВМ системы уравений, описывающих взаимосвязь измеряемых параметров с концентрациями определяемых компонентов. Одновременно можно измерять, например, оптический плотность среды при различные длинах волн, эффективность ионизации газов и паров на каталитически активных поверхностях с разными температурами нагрева и т.д.

Учет закономерностей образования молекулярных структур и применение спец. датчиков, обладающих, например, избирательностью к различные функциональных группам, позволяет создать универсальную систему анализа, обеспечивающую идентификацию и количественное определение компонентов сложных смесей. В основе такой системы должна быть совокупность сведений об определяемых компонентах: о характерных функциональных группах, атомном составе, мол. массе, дипольном моменте молекул, электронодонорных и электроноакцепторных свойствах, индексах хроматографич. удерживания и т.д. Методология универсальной системы предполагает также набор устройств для хроматографич. или иного разделения пробы. При этом в каждом из этих устройств разделение должно происходить преимущественно на основе одного общего функционального или структурного признака (например, температуры кипения, способности к образованию водородных связей).

Метрологическое обеспечение. Достоверность газоаналит. измерений гарантируется комплексом методов и ср-в метрологич. обеспечения. Неполнота сведений о зависимостях между значением физических параметра среды и концентрацией определяемого компонента, влияние остальных компонентов среды и условий измерения приводят к погрешности анализа. Поэтому в каждом конкретном случае необходимо предварительное метрологич. исследование с целью аттестации методик или нормирования метрологич. характеристик газоанализаторов.

Одна из задач метрологич. исследования - выявление погрешности, возникающей вследствие неполного соответствия между реальной анализируемой смесью и ее моделью, используемой при разработке методик и создании газоанализаторов.

В ходе метрологич. исследований используют аттестованные газовые смеси и образцовые средства измерения. Выбор метода аттестации зависит от концентрации и свойств определяемого и сопутствующих компонентов. Аттестацию газовых смесей выполняют, например, по методикам, предусматривающим измерение расхода, давления и объема смешиваемых чистых газов, определение отношения масс компонентов смеси (с помощью аналит. газовых весов), установления их точек замерзания и т.д. Используют также предварительно аттестованные с большей точностью методики химический анализа. В тех случаях, когда аттестовать смеси с высокой точностью по результатам косвенных измерений их свойств практически невозможно, применяют стандартные образцы газовых смесей. При этом для аттестации синтезиров. газовых смесей в качестве стандартных образцов на высшем уровне точности пользуются результатами экспериментов, проведенных в несколько лабораториях.

Химическая энциклопедия. Том 1 >> К списку статей


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]    [обратная связь]

 

 

Реклама
Кликни, звони, скажи промокод на скидку в KNS "Галактика" - купить ноутбук в интернет магазине дешево - онлайн кредит "не выходя из дома" по всему РФ!
купит тренировочный костюм асикс врестлинг
курсы закупки для начинающих
наклейки на автомобиль на спортивную тему

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(29.03.2017)