ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Инфракрасные оптико-акустические газоанализаторы для определения оксида и диоксида углерода, метана и группы из "Аналитический контроль в основной химической промышленности" Действие этих газоанализаторов основано на измерении поглощения лучистой энергии в видимой, инфракрасной и ультрафиолетовой частях спектра тем или иным газом или жидким сорбентом, поглотившим газ. В первом случае поглощение лучистой энергии происходит непосредственно в газе. Во втором — поглощение происходит в растворе, окрашенном вследствие реакции взаимодействия жидкого сорбента с анализируемым компонентом газа. [c.224] Работа газоанализаторов инфракрасного поглощения основана на явлении поглощения двухатомными и многоатомными газами и парами излучения в инфракрасной (ИК) части спектра. Поглощением в ИК-области спектра обладают практически все вещества, которые содержат в молекуле по крайней мере два типа атомов. Не проявляют в этой области поглощения элементарные газы, такие как кислород, азот, водород, хлор, инертные газы. [c.224] Взаимодействие между электромагнитным излучением и молекулами распространяется в ИК-области спектра (Х 4000— 20 см- ) на колебания атомных ядер (Х.ж4000—200 см- ) и вращение молекул (Х 200 см- ), т. е. при поглощении излучения с соответствующей длиной волны возбуждаются колебания и происходят изменения вращения молекул. Особенно важным для качественного и количественного анализа является спектр валентных колебаний, который делится на колебания в направлении связи (валентные и 4000—1500 см- ) и колебания, перпендикулярные направлению связи (деформационные, 0 1500 см- ). Валентные колебания характеризуют связь в молекуле, особенно в том случае, если они достаточно изолированы, т. е. не взаимодействуют с другими колебаниями (рис. 11). При взаимодействии между колебаниями частоты изменяются и могут стать типичными для определенных групп атомов в молекуле. Деформационные колебания дают информацию скорее о молекуле в целом, чем об отдельных связях (область отпечатков пальцев молекулы). [c.224] В газоанализаторах инфракрасного поглощения чаще всего применяют лучеприемники, измеряющие энергию излучения только в спектре поглощения анализируемого компонента. Такой лучеприемник показан на рис. 12. В камере 1 лучеприемника, заполненной анализируемым компонентом, поглощается остаток энергии прерывистого инфракрасного излучения, что вызывает в объеме лучеприемника колебания температуры, сопровождаемые колебаниями давления. Эти колебания давления передаются на мембрану 4 конденсаторного микрофона лучеприемника, соединенного с соответствующей измерительной схемой. [c.225] Явление возбуждения пульсаций давления газа в замкнутом объеме лучеприемника при воздействии на газ прерываемого со звуковой частотой потока инфракрасного излучения получило название акустического эффекта. Частота пульсаций давления (высота тона звучания ) газа зависит от частоты прерывания, а мощность пульсаций (сила звука) — от мощности потока лучистой энергии и поглотительной способности газа. [c.226] Достоинством метода, основанного на поглощении инфракрасного излучения, является его почти полная универсальность, так как спектры поглощения почти всех веществ различаются. Из наиболее часто анализируемых газов только кислород, водород и азот не поглощают ИК-излучения, а для хлора и брома спектр поглощения лежит в области видимой части спектра. [c.226] В нашей стране метод газового анализа, основанный на поглощении ИК-излучения, развивался по линии его оптико-акустического варианта. Оптико-акустический эффект заключается в том, что газ, способный поглощать инфракрасные лучи, при прерывистом ИК-облучении в замкнутом объеме периодически нагревается и охлаждается, в результате чего происходят колебания температуры и давления газовой смеси. [c.226] Большинство отечественных и зарубежных оптико-акустических анализаторов построено по дифференциальной схеме. На рис. 13 и 14 приведены схемы таких отечественных приборов с отражающей и газовой компенсацией [58]. [c.226] В газоанализаторе с оптической компенсацией (рис. 13) потоки инфракрасного излучения от двух нихромовых излучателей 3. нагреваемых от источника питания 7, одновременно прерываемые обтюратором 4 (вращается от электродвигателя 5), проходят через две кюветы 2, 6 н заслонки 1, 8 в лучеприемник 9. Кювета 2 (сравнительная) заполнена азотом, а кювета 6 (измерительная) — исследуемым газом. Лучеприемник 9 состоит из двух камер, разделенных конденсаторным микрофоном и заполненных смесью азота с определяемым компонентом. Выходной сигнал микрофона после прохождения усилителя 10 подается на реверсивный двигатель 11, перемещающий стрелку вторичного прибора 12 и заслонку 1, расположенную между сравнительной кюветой и камерой лучеприемника 9. Перемещение заслонки уравнивает потоки инфракрасного излучения в обеих камерах лучеприемника. [c.226] Газоанализаторы такого типа являются дифференциальными (двухлучевыми, двухканальными) компенсационными приборами. Основной их недостаток — наличие дрейфа нуля шкалы вследствие старения излучателей, загрязнения рабочей кюветы, изменения прозрачности стекол и т. д. [c.226] Прибор имеет один источник инфракрасной радиации — излучатель 1. Излучение, которое поглощается в обеих приемных камерах лучеприемника, прерывается обтюратором 2 и проходит через одну и ту же рабочую кювету. В связи с этим изменением интенсивности источника излучения и пропускания кюветы одинаково отражается на поглощении светового потока в обеих камерах и практически не сказывается на положении нулевой точки прибора. [c.228] Однолучевой прибор отличается более высокой избирательностью по сравнению с дифференциальными приборами. Например при анализе метана влияние СОг, СО и влаги для однолучевого прибора сказывается в 3—5 раз меньше, чем для двухлучевого. Высокая избирательность однолучевого прибора с лучеприемни-ком, приемные камеры которого расположены в оптической последовательности, обусловлена тем, что в результирующем повышении давления участвует лишь центральная часть полосы поглощения и, таким образом, активная часть полосы сужается. [c.228] Для устранения разбаланса фаз колебаний давления в приемных камерах лучеприемника вторая приемная камера выполнена в виде двойного цилиндра. Внутренний цилиндр 7 уменьшает постоянную времени камеры. Для более точного выравнивания фаз канал, соединяющий камеру 4 с микрофоном 8, снабжен калиброванным капилляром. Газоанализаторы типа ГОА работают по схеме непосредственного измерения и предназначены для определения небольших концентраций (О—1%, О—3%). Для устранения температурной зависимости прибор термостатирован. [c.228] В последнее время большое применение нашли схемы непосредственного измерения, в частности, двухлучевые схемы, несколько уступающие компенсационным в отношении стабильности шкалы, но отличающиеся более простым аппаратурным оформлением и более высоко й надежностью. [c.228] Газоанализатор ГОА-1, реализованный по схеме непосредственного измерения, содержит один излучатель и лучеприемник с одной камерой, воспринимающей потоки инфракрасного излучения, которые попеременно проходят рабочую и сравнительную кюветы. Кюветы газоанализатора образованы в результате разделения одной трубы продольной перегородкой. Газоанализатор имеет 17 модификаций, предназначенных для определения макроконцентраций СО, СО2, СН4 и С2Н2 в технических смесях химических производств. Основная приведенная погрешность газоанализатора + 4%. Применение данной схемы для газоанализатора микропримесей затруднено в связи с большой сложностью изготовления так называемой разрезной кюветы большой длины [65]. [c.229] Для определения содержания ацетилена, метана, оксида и диоксида углерода в различных интервалах концентраций используют промышленный стационарный автоматический регистрирующий и показывающий оптико-акустический газоанализатор ГОА 4 или ГИП-10. [c.229] Вернуться к основной статье