Принцип работы
pH-метры
Водородный показатель pH (potentia Hydrogeni) –
отражает степень активности ионов водорода в растворе.
Чистая вода H2O имеет нейтральный кислотно-щелочной баланс – в ней концентрация ионов водорода
равна концентрации гидроксид-ионов ([H+]=[OH-]).
В кислом растворе - больше концентрация ионов водорода ([H+]>[OH-]),
в щелочном растворе - больше концентрация гидроксид-ионов ([H+]<[OH-]).
Концентрация ионов водорода в чистой воде (нейтральной среде) при температуре 25°С равна 10-7 моль/литр – не очень удобно пользоваться такими единицами измерения. Поэтому ввели водородный показатель pH, который равен десятичному логарифму со знаком минус от концентрации: pH = - lg [H+].
Для нейтрального раствора pH = -lg [10-7] = 7,
для кислого раствора pH > 7, для щелочного раствора pH < 7.
При повышении температуры нейтральный pH становится больше 7.
Для температурной компенсации используется датчик температуры.
Принцип действия pH-метра основан на измерении ЭДС электродной системы, пропорциональной водородному показателю.
ОВП-метры (RedOx)
Окислительно-восстановительный потенциал (ОВП или редокс-потенциал) отражает способность химического вещества присоединять электроны (восстанавливаться). ОВП измеряют в милливольтах (мВ) и обозначают как Eh. Используется для контроля качества обеззараживания воды.
Во время окислительно-восстановительной реакции окислительные растворы принимают электроны (восстанавливаются), а восстановительные растворы – отдают электроны (окисляются).
Принцип действия ОВП-метра основан на измерении потенциала, который возникает между измерительным электродом и электродом сравнения.
Если Eh < 0, то раствор восстановительный (отрицательно-заряженнные электроны переходят из раствора в
измерительный электрод и создают между ним и контрольным электродом отрицательный потенциал).
Если Eh > 100, то среда окислительная (электроны переходят с измерительного электрода в раствор).
Если 0 < Eh < 100, то среда переходная – окислительно-восстановительная (электроны переходят с
измерительного электрода в раствор и обратно).
Кондуктометры
Кондуктометры используются для определения концентрации растворов солей, кислот и оснований.
При растворении электролита происходит его химическое взаимодействие с растворителем (водой, спиртом), в результате которого электролит диссоциирует на электрически-заряженные частицы - ионы (электролитическая диссоциация).
Сильные электролиты (поваренная соль, например) почти полностью диссоциируются на ионы в разбавленных растворах, слабые электролиты неполностью диссоциируются на ионы даже в сильноразбавленных растворах.
Принцип действия кондуктометра основан на измерении электропроводности раствора электролита в воде: чем выше концентрация – тем больше ионов – тем больше электропроводность. Электропроводность измеряется в Сименсах на метр (Си/м, мСи/см, мкСи/см).
Мутномеры (Turbidity)
Мутность (воды) определяется концентрацией взвешенных частиц.
Принцип действия мутномера основан на измерении рассеивания луча света, проходящего через эту взвесь.
Применение: контроль качества воды, напитков.
Кислородомеры (оксиметры, датчики растворённого кислорода)
Кислородомеры измеряют концентрацию кислорода в водных растворах.
Применения: процессы брожения, очистные сооружения.
Принцип действия анализатора растворённого кислорода
Вода поглощает кислород из воздуха до тех пор, пока парциальное давление кислорода в воде не станет равно давлению воздуха.
Рабочий катод из благородного металла и контрольный анод из серебра погружаются в электролит,
который отделяется от измеряемого раствора кислородопроницаемой мембраной.
На электроды подаётся постоянное напряжение. Молекулы кислорода диффундируют через мембрану и
восстанавливаются на катоде – возникает электрический ток, пропорциональный концентрации кислорода.
Экстрактивные газоанализаторы
Экстрактивные газоанализаторы используются для непрерывного определения концентрации одного или нескольких газов в газовой смеси. Проба извлекается из процесса, проходит предварительную подготовку (очищается от пыли и влаги, доводится до определённой температуры) и с заданным давлением и расходом подаётся в анализатор. Методы измерений зависят от типа газов.
Газоанализаторы in-situ
Эти газоанализаторы проводят непрерывные измерения непосредственно в технологическом процессе без отбора и предварительной подготовки пробы. Они используют компенсацию температуры и давления, и обладают высокой износостойкостью, т.к. непосредственно контактируют с процессом.
Газовые хроматографы
Газовые хроматографы используются для дискретного экстрактивного анализа химического состава газов и жидкостей.
Принцип действия:
- Система пробоотбора извлекает и подготавливает пробу
- Инжекционная система впрыскивает строго определённую порцию пробы в поток газа-носителя (пробы могут быть жидкие, но испаряемые)
- Газ-носитель попадает в печь сложной конструкции, в которой поддерживается строго определённая температура
- В печи находятся колонны, служащие для разделения газовой смеси на отдельные компоненты
- Система коммутации колонн комбинирует различные колонны на пути газа-носителя
- Для анализа могут комбинироваться различные варианты детекторов: теплопроводности, плазменной ионизации и др.