Неорганическая
Органическая
Коллоидная
Биологическая
Биохимия
Токсикологическая
Экологическая
Химическая энциклопедия
Советская энциклопедия
Справочник по веществам
Гетероциклы
Теплотехника
Углеводы
Квантовая химия
Моделирование ХТС
Номенклатура
Таблица Менделеева
Неорганические реакции
Органические реакции
Молярные массы
Форматирование формул
Редактор формул
Уравнивание реакций
Электронное строение атомов
Игра «Таблица Менделеева»
Термодинамические свойства
Конвертер величин
Гальванопара
Поиск репетиторов
Форум
Лекарства
Фармацевтика
Термины биохимии
Коды загрязняющих веществ
Стандартизация
Каталог предприятий


ГАЗОВЫЙ АНАЛИЗ

ГАЗОВЫЙ АНАЛИЗ, качеств. обнаружение и количеств. определение компонентов газовых смесей. Проводится как с помощью автоматич. газоанализаторов, так и по лаб. методикам. Как правило, методы газового анализа основаны на измерении физ. параметров (св-в) среды (электрич. проводимости, магн. восприимчивости, теплопроводности, оптич. плотности, коэф. рассеяния и др.), значения к-рых зависят от концентраций определяемых компонентов. В избирательных методах измеряемое св-во зависит преим. от содержания определяемого компонента. Неизбирательные методы основаны на измерении интегральных св-в пробы (напр., плотности, теплопроводности), к-рые зависят от относит. содержания всех ее компонентов. Последние методы применяют для анализа бинарных и псевдобинарных газовых смесей, в к-рых варьируется содержание только определяемого компонента, а соотношение концентраций остальных компонентов не изменяется.

Выбор методов газового анализа, обеспечивающих избирательное определение интересующего компонента непосредственно по измерению физ. параметров анализируемого газа, весьма ограничен. В большинстве случаев избирательность достигается предварит. обработкой пробы, напр. фракционированием, концентрированием, конверсией; в частности, применяют мембранные методы, к-рые 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 физ. параметра методы газового анализа можно разделить на механические, акустические, тепловые, магнитные, оптические, ионизационные, масс-спектрометрические, электрохимические, полупроводниковые.

К механическим методам относят пневматические, среди к-рых различают аэростатический и аэродинамический. В первом измеряют плотность газовой смеси, во втором - зависящие от плотности и вязкости параметры таких процессов, как дросселирование газовых потоков, взаимод. струй, вихреобразование и т.д. Эти методы применяют для анализа бинарных и псевдобинарных смесей, напр. для определения Н2 в воздухе, Н2 в этилене, СО2 в инертных газах, С12 в Н2 и т.д. Миним. определяемые концентрации (МОК) от 10-2 до 10 -1 мол. %.

К мех. методам относится также волюмоманометриче-ский, основанный на измерении объема или давления газовой пробы после хим. воздействия на нее, к-рое может заключаться, напр., 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 р-ции с участием определяемого компонента - (термохим. метод). Термокондуктометрич. методом находят содержание, напр., Не, СО2, Н2, СН4 С12 в бинарных и псевдобинарных смесях (МОК от 10-2 до 10-1 мол. %). Термохим. 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, напр., его сжигают в присут. катализатора (Pt и Pd на активном А12О3); кол-во выделившегося тепла, пропорциональное концентрации СН4, с помощью терморезисторов преобразуют в электрич. сигнал, к-рый регистрируют. МОК от 10-3 до 10 -2 мол. %.

В магнитных методах измеряют физ. характеристики газа, обусловленные магн. св-вами 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 оптич. методах измеряют оптич. плотность (абсорбц. методы), интенсивность излучения (эмиссионные методы), коэф. преломления (рефрактометрический) и нек-рые др. оптические св-ва.

Абсорбц. методы, основанные на измерении селективного поглощения ИК-, УФ- или видимого излучения контролируемым компонентом, применяют, напр., для избирательного определения NO2, карбонилов нек-рых металлов, О3, H2S, SO2, CS2, формальдегида, фосгена, С12, СС14, 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 орг. 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. оптич. методу предварительно проводят цветную р-цию контролируемого компонента с подходящим реагентом в газовой фазе, в индикаторном р-ре или на пов-сти твердого носителя (в виде ленты, таблетки, порошка) и измеряют интенсивность окраски продуктов р-ции. Напр., О3, NO2 и С12 определяют по р-ции с KI в водном р-ре с образованием свободного I2, к-рый в присут. крахмала окрашивает р-р в синий цвет. Для определения H2S индикаторную ленту пропитывают р-ром Рb(ООССН3)2. При соприкосновении анализируемого газа с лентой на ее пов-сти 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 оптич. 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 количеств. определения мн. элементов и соединений.

В хемилюминесцентном методе измеряют интенсивность люминесценции, сопровождающей нек-рые хим. р-ции в газах. Метод применяют, в частности, для определения О3 и оксидов азота. Напр., 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 (т. наз. лидарные методы) для определения гл. обр. вредных примесей - орг. соед., 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. оптич. метод основан на измерении смещения интерференционных полос в результате изменения оптич. плотности газовой смеси при изменении концентрации определяемого компонента. Применяется, напр., 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 пов-сти. Напр., метод, основанный на измерении разницы сечений (вероятностей) ионизации газов радиоактивным излучением, используют для анализа таких бинарных смесей, как Н2—N2, N2—CO2, а также нек-рых углеводородов (МОК ок. 10-2 мол. %). Метод, основанный на ионизации орг. соед. в водородном пламени, применяют для определения орг. примесей в бинарных газовых смесях и воздухе (МОК ок. 10-5 мол. %). Метод, в к-ром определяемый компонент предварительно переводят в аэрозоль, используют для измерения содержания в воздухе примесей NH3, HC1, 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 неорг., орг. и металлоорг. летучих соединений. МОК от 10-5 до 10-3 мол. %.

В электрохим. методах измеряют параметры системы, состоящей из жидкого или твердого электролита, электродов и определяемого компонента газовой смеси или продуктов его р-ции с электролитом. Так, потенциометрич. метод основан на зависимости потенциала индикаторного электрода от концентрации иона, полученного при растворении определяемого компонента в р-ре; амлерометрический - на зависимости между током и кол-вом определяемого компонента, прореагировавшего на индикаторном электроде; кондуктометрический - на измерении электропроводности р-ров при поглощении ими определяемого компонента газовой смеси. Электрохим. методами измеряют содержание примесей SO2, O2, H2S, C12, 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, напр., в хемосорбции газов пов-стью. 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 газового анализа иногда выделяют т. наз. комбинированные. К ним относятся методы, отличающиеся способом предварит. преобразования пробы (хроматография, изотопное разбавление), к-рый может сочетаться с измерением разл. физ. параметров, а также многопараметрич. вычислительный метод.

В хроматографич. методах газового анализа разделение анализируемой смеси происходит при ее движении вдоль слоя сорбента. Наиб. часто применяют проявительный вариант, в к-ром 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 разл. детекторы хроматографические. Хроматографич. методы обеспечивают анализ широкого круга орг. и неорг. 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 уд. радиоактивности выделенного компонента, в случае стабильных изотопов - по результатам масс-спектрометрич. или спектрального анализа его изотопного состава. Применяется также метод, основанный на р-ции между определяемым компонентом и радиоактивным реагентом. Образовавшееся соед. выделяют, измеряют его уд. активность, по значению к-рой находят концентрацию определяемого компонента. Методами изотопного разбавления измеряют содержание примесей О2, N2, H2, оксидов углерода и азота, СН4, С12 и др. МОК от 10-7 до 10-1 мол. %.

Многопараметрич. вычислительный метод основан на совместном измерении ряда физ. параметров смеси известного качеств. состава и на решении с помощью ЭВМ системы ур-ний, описывающих взаимосвязь измеряемых параметров с концентрациями определяемых компонентов. Одновременно можно измерять, напр., оптич. плотность среды при разл. длинах волн, эффективность ионизации газов и паров на каталитически активных пов-стях с разными т-рами нагрева и т.д.

Учет закономерностей образования молекулярных структур и применение спец. датчиков, обладающих, напр., избирательностью к разл. функц. группам, позволяет создать универсальную систему анализа, обеспечивающую идентификацию и количеств. определение компонентов сложных смесей. В основе такой системы должна быть совокупность сведений об определяемых компонентах: о характерных функц. группах, атомном составе, мол. массе, дипольном моменте молекул, электронодонорных и электроноакцепторных св-вах, 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 преим. на основе одного общего функционального или структурного признака (напр., т-ры 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 физ. 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 ср-ва измерения. Выбор метода аттестации зависит от концентрации и св-в определяемого и сопутствующих компонентов. Аттестацию газовых смесей выполняют, напр., 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 хим. анализа. В тех случаях, когда аттестовать смеси с высокой точностью по результатам косвенных измерений их св-в практически невозможно, применяют стандартные образцы газовых смесей. При этом для аттестации синтезиров. газовых смесей в кач-ве стандартных образцов на высшем уровне точности пользуются результатами экспериментов, проведенных в неск. лабораториях.


===
Исп. литература для статьи «ГАЗОВЫЙ АНАЛИЗ»: Коллеров Д.К., Метрологические основы газоаналитических измерений, М., 1967; Тхоржсвский В. П., Автоматический анализ химического состава газов, М., 1969; Грибов Л.А. [и др.], "Ж. аналит. химии", 1982, т. 37, в. 6, с. 1104-21; Аналитическая лазерная спектроскопия, пер. с англ., М., 1932. А. М. Дробиз. В. М. Немец. А. А. Соловьев.

Страница «ГАЗОВЫЙ АНАЛИЗ» подготовлена по материалам химической энциклопедии.

Еще по теме:

     © ХиМиК.ру




Реклама   Обратная связь   Дизайн