Экологический мониторинг (1094308), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

L_эф < 2R

2) Индуктивные ячейки

П
редназначены для измерения высокопроводящих жидкостей (высокозагрязненных щелочами СВ).

Диапазон 1100 Сим/см

1 – катушка

2 – трубка из диэлектрика

3 – рабочая полость заполняемая анализируемой средой

ИИЯ – индуктивная измерительная ячейка

Z_ИИЯ = R_э + jL_эф

Часть 2. Диэлькометрия (измерение диэлектрической проницаемости)

Метод измерения диэлектрической проницаемости ();  связано со свойствами среды.

И
змерения проводят на достаточно высоких радиочастотах.

Используются емкостные датчики.

С = f ()

Измерительные схемы в случае диэлькометрии такие же, как и у высокочастотных кондуктометров.

Приборы называются F-метры (измеряется частота);

О ни основаны на способе биения [а) если  = 0 – способ нулевых биений; б) если   0 – способ биений]

Схема F-метра.

РГ – рабочий генератор

ОГ – образцовый генератор

С – смеситель

ВУ – вычислительное устройство

Ограничение: диэлькометры нельзя использовать для высокопроводящих сред.

Погрешность 110^-2 пФ

Область применения:

а) анализ состава незагрязненных сред (воды)

б) определение нефтепродуктов в воде

в) определение поверхности раздела в аппаратах для очистки воды от нефтепродуктов.

Приборы могут быть как промышленные (используются в нефтедобывающей промышленности для определения состава вода-нефть), так и лабораторные.

Часть 3. Измерение мутности воды

Определение загрязнения природных и СВ твердыми частицами.

§1. Оптические методы и приборы

1. Интегральные методы и приборы

Суммарное содержание (турбидиметр) – изучить самостоятельно

2
. Методы определения счетной концентрации

 - лампа

П – приемник

ИС – измерительная схема

И – индикатор

Кроме счетной концентрации эти приборы позволяют определить функцию распределения частиц по размерам.

В качестве источника излучения могут использоваться лазеры.

Эти датчики пришли из медицины, где использовались для анализа крови (м.б. это счетчики Coulter’a ?)

§2. Счётчики Coulter’a

Принципиальная схема.

1
– калиброванное отверстие

2 – стеклянная пробирка

3, 4 – электроды металлические

5 – сосуд измерительной ячейки

6 – клапан-переключатель

7 – U-образная трубка

8 – устройство создания вакуума

9, 10, 11 – электроды, впаянные в U-образную трубку

12 – источник питания

– усилитель

13 – анализатор микропроцессорный

14 – 2^х координатный самописец

15 – таймер

Основаны на резком изменении сопротивления при попадании частицы в калиброванное отверстие.

Режим работы: 1стадия. Клапан 6 переключен так, чтобы вакуум был подведен к U-образной трубке. 2 стадия. Клапан 6 соединяет U-образную трубку со стеклянной пробиркой 2.

При опускании ртути под действием силы тяжести определенная доля воды проходит через калиброванное отверстие 1. Когда ртуть опускается, замыкаются контакты 9,10,11 и включается таймер для запуска анализатора 13.

П ри попадании частиц в отверстие происходит резкое изменение сопротивления и тока, протекающего через сопротивление нагрузки R_н. Далее ток усиливается и попадает в анализаторы.

Получается график. Число импульсов – число прошедших частиц; амплитуда пропорциональна с их эффективными размерами.

: 1) высокая скорость счета при широком диапазоне диаметра частиц

2) высокая точность счета

Недостатки: 1) невозможность измерения растворов с высокой концентрацией твердых частиц

2) загрязнение калибровочного отверстия

3) неоднозначность показаний при d_r < d_отв (d_r << d_отв нельзя)

Область применения: лаборатории для массовых анализов

Часть 4. Потенциометрические методы анализа воды

Предназначены для определения определенного типа ионов в воде (Z.B. измерение концентрации [H]⁺ (рН), Cl^-, F^-, Ca²⁺, Na⁺, K⁺ и др.)

§1. Измерение pH воды

Методы основаны на использовании соотношении Нернста: ; (а = fc) и измерении равновесного потенциала системы электродов.

Е – потенциал электрода

Е₀ – стандартный потенциал

n – валентность иона, концентрация которого измеряется

а – активность

f
– коэффициент активности

с – концентрация

Потенциал нормального водородного электрода принят за ноль.

Платиновый электрод погружен в раствор с а = 1 (ионов Н⁺) и подачей газообразного водорода к электроду. Считается ; значения других потенциалов определяется относительно .

Уравнение Нернста справедливо для равновесных потенциалов. Равновесным считается потенциал электрода, когда скорости окисления и восстановления на нем равны.

В системе электродов равновесный потенциал, когда ток не протекает либо очень маленький (отсутствует поляризация).

рН = - lgC_H+

I. ИЭ – измерительный электрод (стеклянный), потенциал которого является f (рН)

ВЭ – вспомогательный хлор-серебряный электрод

Основным элементом ИЭ является чувствительная мембрана 1, которая выполнена из специального стекла

Е
_ИЭ = Е₁ + Е₂ + Е₃ (Е₁; Е₂ = const; E₃ = f (pH))

Е_ВЭ = const (всегда)

Е_ЭС = Е_ИЭ + Е_ВЭ (ЭС – электродная система)

2 – полупроницаемая мембрана нужна для замыкания электрической цепи внутри анализируемого раствора, т.е. через нее пропускаются ионы К⁺ и Cl^-

3 – корпус

Статическая характеристика

Практическое значение – координаты изопотенциальной точки используются в системе термокомпенсации рН-метров.

Зависимость потенциала ИЭ от рН называют водородной функцией:

Недостатки системы: 1) высокое электрическое сопротивление стеклянной мембраны и соответствующего электрода в целом (>500 Ом)  требует очень высокого входного сопротивления у измерительных приборов  через стеклянный электрод протекает I10^-12 А. В связи с его малостью датчик рН и ВП не могут быть удалены друг от друга на значительное расстояние. Необходима сложная защита от помех вторичного прибора.

2) сложная в обслуживании и эксплуатации конструкция стеклянного электрода

3) эти электроды не выдерживают измерение рН при высоких температурах.

I
I. 1 –

2 –

3 –

4 – амальгама на внутренней поверхности чувствительной мембраны

5 – точка контакта электрода

III. Полупроводниковая техника кампланарной технологии

1
– корпус датчика

2 – измерительный электрод

3 – вспомогательный электрод

4 – датчик температуры

5 – аналогово-цифровой преобразователь (АЦП)

6 – область, заполненная хорошо проводящим гелем

7 –ионо-селективная мембрана (в данном случае к Н⁺)

: 1) невысокое внутренне сопротивление (~ 10 кОм) электродной системы

2) возможность передачи сигнала на значительное расстояние без существенных помех

3) низкая стоимость

§2. Анализ воды с помощью иона селективности электрода

Существует свыше 100 ионо-селективных электродов. Их селективность определяется типом или видом чувствительной мембраны.

Принцип действия такой же, как и определение рН.

Недостатки: 1) необходимость периодической очистки или смены чувствительной мембраны из-за загрязнений

2) достаточно высокая чувствительность к содержанию К⁺ и Na⁺ (только стеклянные электроды)

Часть 5. Вольт-амперометрия в мониторинге воды

Эти методы позволяют с высокой избирательной способностью и точностью измерять ионный состав воды.

Они основаны на анализе вольтамперных характеристик или зависимости тока от напряжения электрохимической ячейки с твердыми электродами.

При использовании жидких (ртутных) электродов эти методы называют полярографией.

Это лабораторные приборы.

Метод основан на законах электролиза при следующем допущении: лимитирующей стадией всего электрохимического процесса является стадия доставки ионов к электродам за счет процесса диффузии (диффузионная кинетика).

1 – ртутно-капельный электрод (1-20 сек) – обычно катод

2 – контакт

3 – корпус ячейки

4 – второй электрод (ртутное дно) – обычно анод

5 – анализируемая среда

Анод имеет большую поверхность для того, чтобы все электрохимические процессы на аноде были пренебрежимо малы из-за малой плотности тока j (j = I/S).

Постепенно увеличивают напряжение, пока не произойдет выделение ионов нужного типа на ртутной капле.

Ртутно-капельный электрод позволяет постоянно обновлять поверхность электрода исключить возможность загрязнения продуктами электролиза.

По мере роста напряжения, растет и ток и достигает значения , его величина зависит от концентрации линейно: , где n – валентность;

D – коэффициент диффузии;

с – концентрация

 – толщина диффузионного слоя.

При дальнейшем росте напряжения появляется еще одно .

Количество ионов определяется так называемым потенциалом полуволны U_½

Недостаток: сложность инструментализации (автоматизирования)  используется только в лабораториях.

: количественный и качественный анализ многокомпонентных смесей (несколоько типов ионов).

Часть 6. Автоматическое титрование

Принципиальное отличие от других методов: метод требует предварительной подготовки пробы.

Принципиальная схема автоматического титрометра

1
– дозатор пробы

2 – дозатор титранта (титрующего вещества)

3 – ячейка для титрования

4 – регулирующие клапаны

5 – датчик титрования

6 – индикаторный концентратомер

Характеристики

Список файлов реферата