Химические измерения. Методы измерения химического состава вещества Особенности измерения состава веществ и материалов

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГАОУ ВПО «УрФУ имени первого Президента России Б.Н.Ельцина»

Институт материаловедения и металлургии

Кафедра метрологии, стандартизации и сертификации

Реферат на тему:

«Измерение физико-химического состава веществ»

По дисциплине «Методы и средства измерения и контроля»

Преподаватель А.В. Матюхина

Студент гр. МтЗ-411102 А.В. Еремина

г. Екатеринбург, 2015

ВВЕДЕНИЕ

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

1.1 Особенности измерения состава веществ и материалов

2 Классификация методов аналитической химии

2. ПРИЁМЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НЕИЗВЕСТНОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ В ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ МЕТОДАХ АНАЛИЗА

1 Метод градуировочного графика

2 Метод стандартов (метод молярного свойства)

3 Метод добавок

2.4 Инструментальное титрование

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА

3.1 Кондуктометрия

2 Потенциометрия

3 Вольтамперометрия

4. СПЕКТРОСКОПИЧЕСКИЕ И ДРУГИЕ ОПТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА

1 Атомные эмиссионные спектры. Эмиссионная фотометрия пламени

4.2 Молекулярные абсорбционные спектры. Методы молекулярного абсорбционного анализа

4.3 Нефелометрия и турбидиметрия

4.4 Рефрактометрия

5. МЕТОДЫ РАЗДЕЛЕНИЯ И КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ

1 Ионный обмен

5.2 Хроматографические методы анализа

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ВВЕДЕНИЕ

Несмотря на то, что методы обычного химического анализа позволяют устанавливать состав самых сложных соединений, в некоторых случаях они все же оказываются недостаточными. Обусловлено это тем, что для установления состава путем химического анализа необходимо прежде всего выделить изучаемое вещество в индивидуальном состоянии. Если такое выделение почему-либо невозможно, то неприменимыми становятся и методы химического анализа.

Большую помощь могут в подобных случаях оказать физические методы исследования. Тщательно изучая ход изменения физических свойств той или иной системы по мере изменения ее состава или внешних условий, часто удается не только обнаруживать само наличие в ней химических превращений, но и следить за протеканием последних и получать определенные указания относительно их характера и состава образующихся продуктов. Обнаружение и изучение происходящих в системе химических изменений путем исследования ее физических свойств и составляет предмет физико-химического анализа. Обобщенная трактовка физико-химического анализа как самостоятельной научной дисциплины была дана Н. С. Курнаковым (1913 г.).

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

1 Особенности измерения состава веществ и материалов

Основной отличительной особенностью физико-химических измерений является важная роль процесса подготовки пробы к анализу. При хранении пробы, при ее транспортировке от места забора к аналитическому прибору и в самом процессе анализа возможны самые разнообразные трансформации состава. К таким трансформациям могут привести изменения температурного режима, изменения влажности, давления. Важным моментом является так называемое влияние третьей компоненты на результат анализа. В химии хорошо известен каталитический эффект - то есть влияние на скорость химических реакций веществ, не участвующих в химических превращениях, но изменяющих скорость их протекания, а в ряде случаев определяющих конечный результат химической реакции.

В ряде случаев необходимая информация о составе вещества может быть получена только с использованием измерения нескольких свойств, например, массы и теплопроводности или массы и показателя преломления.

Возможность определять состав веществ и материалов по различным свойствам отражается на методах оценки систематических погрешностей. В самом деле, использование различных уравнений измерения для определения одной и той же величины, например концентрации какого-либо компонента в смеси газов, жидкостей или твердых тел позволяет с большей степенью достоверности определять состав вещества.

1.2 Классификация методов аналитической химии

Принцип определения химического состава вещества любым методом сводится к тому, что состав вещества определяется по его свойствам.

Любое свойство вещества, которое можно использовать для установления качественного или количественного состава объекта, называется аналитическим сигналом. Все методы аналитической химии основаны на получении и измерении аналитического сигнала.

В зависимости от принципа получения аналитического сигнала все методы аналитической химии делятся на 3 основные группы:

Химические методы анализа.

Физические методы анализа.

Биологические методы анализа.

Кроме того, различают ещё 3 группы комбинированных (переходных) методов анализа:

1. Физико-химические методы анализа основаны на измерении физических свойств веществ, которые появляются или изменяются в результате химических реакций. При этом сначала проводят реакцию, а затем измеряют физическое свойство продукта реакции или используют измерение физического свойства в ходе реакции для установления конечной точки титрования.

Биофизические методы анализа.

Биохимические методы.

По физическим свойствам анализируемой среды физико-химические измерения делятся на: анализ состава газов, анализ состава жидкостей и анализ состава твердых тел.

Применяются также физико-химические способы анализа: колориметрия (изменение интенсивности окраски цветного соединения, получаемого по аналитической реакции), турбудиметрия, нефелометрия (изменение интенсивности света, проходящего через суспензию осадка, полученного в результате аналитической реакции, или рассеянного им), полярографические и адсорбционные методы.

Химические методы анализа иначе называют классическими, а физические и физико-химические методы анализа - инструментальными, так как проведение анализа с привлечением этих методов невозможно без использования измерительной аппаратуры.

Наибольшее значение имеют следующие группы инструментальных методов анализа:

спектральные и другие оптические методы анализа, основанные на измерении оптических свойств и различных эффектов, наблюдаемых при взаимодействии вещества с электромагнитным излучением.

электрохимические методы анализа, основанные на измерении электрических параметров.

хроматографические методы анализа, основанные на использовании сорбции в динамических условиях, применяются для разделения и анализа однородных многокомпонентных смесей.

ПРИЁМЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НЕИЗВЕСТНОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ В ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ МЕТОДАХ АНАЛИЗА

Для определения неизвестной концентрации вещества по величине аналитического сигнала химики-аналитики используют несколько прямых и косвенных приёмов, общих для всех физических и физико-химических методов анализа.

1 Метод градуировочного графика

Метод градуировочного графика - это графический приём нахождения неизвестной концентрации (Сх) по величине аналитического сигнала пробы (Iх). Для проведения анализа готовят серию стандартных растворов, измеряют величины аналитического сигнала этих растворов и строят градуировочный график I = f(C). Затем в точно таких же условиях измеряют аналитический сигнал пробы Iх и по графику определяют концентрацию анализируемого вещества в пробе Сх.

2 Метод стандартов (метод молярного свойства)

Метод стандартов - это расчётный приём нахождения неизвестной концентрации. Он имеет две разновидности:

а) Метод одного стандарта. Для проведения анализа готовят один стандартный раствор с концентрацией определяемого вещества Сст, затем измеряют величины аналитического сигнала этого раствора (Iст) и пробы (Iх) в одинаковых условиях.

Неизвестную концентрацию рассчитывают по формуле:

3 Метод добавок

Сущность метода добавок заключается в том, что сначала измеряют аналитический сигнал пробы (Iх), а затем - аналитический сигнал той же пробы с добавкой стандартного раствора определяемого вещества (Iх+ст). Метод имеет две разновидности.

а) Метод однократной добавки является расчётным. Неизвестную концентрацию рассчитывают по формуле:

где С0ст - исходная концентрация стандартного раствора;ст - объём стандартного раствора, добавленный к пробе; х - объём пробы

б) Метод серии добавок является графическим. Для проведения анализа измеряют величины аналитического сигнала пробы и нескольких растворов той же пробы с добавками стандартного раствора. Строят график в координатах «Аналитический сигнал - концентрация добавки» и по нему находят Сх как величину отрезка, отсекаемого прямой на оси абсцисс.

4 Инструментальное титрование

При проведении анализа с использованием инструментального титрования измеряют какое-либо свойство раствора в процессе титрования. Кривые титрования получаются разными в зависимости от измеряемой величины.

Линейные кривые титрования получают, если аналитический сигнал линейно меняется при изменении концентрации вещества в растворе. К таким сигналам относятся, например, светопоглощение, сила тока, электрическая проводимость и др. Объём в точке эквивалентности находят по излому кривой.

Логарифмические кривые титрования получают, если аналитический сигнал связан с логарифмом концентрации вещества в растворе. К таким сигналам относятся, например, потенциал, рН и др. Точку эквивалентности находят по перегибу кривой.

В любом случае после построения кривой титрования и определения с её помощью объёма титранта, который потребовался для достижения точки эквивалентности, расчёт результатов анализа проводят по закону эквивалентов.

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА

Электрохимические методы анализа (ЭХМА) основаны на использовании процессов, которые протекают на поверхности электродов или в приэлектродном пространстве. Аналитическим сигналом в ЭХМА может служить любой электрический параметр, связанный с составом раствора и концентрацией вещества в нём, например, потенциал (Е), сила тока (I), сопротивление (R), электрическая проводимость (W), количество электричества (Q). Названия конкретных методов чаще всего связаны с измеряемыми электрическими параметрами: потенциометрия, амперометрия, кондуктометрия и так далее.

В качестве устройств для измерения электрических параметров служат микроамперметры (измерение силы тока I), милливольтметры (измерение разности потенциалов Е), мосты переменного тока (измерение сопротивления R), кондуктометры (измерение электрической проводимости W) и другое. Внешние металлические проводники осуществляют связь электрохимической ячейки с устройством для измерения электрического параметра.

3.1 Кондуктометрия

Кондуктометрия является старейшим, самым простым и наименее селективным из электрохимических методов анализа. Кондуктометрический метод анализа основан на измерении электропроводности раствора:

где W - электропроводность раствора; - сопротивление раствора.

Таким образом, аналитическим сигналом могут служить либо электропроводность раствора, либо его сопротивление. Сигнал формируется в межэлектродном пространстве и возникает за счёт:

Диссоциации молекул на ионы;

миграции ионов под действием внешнего источника напряжения.

По этой причине методом кондуктометрии можно анализировать только растворы электролитов.

По способу выполнения различают прямую кондуктометрию и косвенную (кондуктометрическое титрование).

Сущность метода прямой кондуктометрии заключается в том, что концентрацию вещества определяют по результатам измерения электрической проводимости (или сопротивления). При этом используют два приёма нахождения неизвестной концентрации:

а) метод градуировочного графика. График строят в координатах ч - С. Он линеен в небольшом диапазоне концентраций.

б) расчётный метод. Метод используют для очень разбавленных растворов. В этом случае при С ® 0:

Таким образом, неизвестную концентрацию можно рассчитать по измеренной величине ч и табличным значениям предельных подвижностей ионов. Прямая кондуктометрия используется в качестве метода аналитического контроля растворов электролитов. Поскольку в величину аналитического сигнала вносят вклад все ионы, присутствующие в растворе, то применение метода ограничено из-за малой селективности

Сущность метода кондуктометрического титрования заключается в том, что измеряют электрическую проводимость раствора в ходе титрования и строят кривую титрования. Кривая титрования является линейной. По её излому определяют объём титранта в точке эквивалентности и проводят расчёт результатов анализа по закону эквивалентов. В кондуктометрическом титровании используют реакции осаждения, комплексообразования и кислотно - основные реакции в водных и неводных растворах.

2 Потенциометрия

Потенциометрический метод анализа основан на зависимости равновесного электродного потенциала (Е) от активности (a) или концентрации (С) вещества в растворе. Для измерений необходимо составить гальванический элемент из подходящего индикаторного электрода и электрода сравнения, а также иметь прибор для измерения потенциала индикаторного электрода. В качестве таких приборов используют:

потенциометр (для особо точных измерений);

электронные вольтметры, рН-метры, иономеры - современные потенциометры заводского типа с электронными усилителями тока.

По способу выполнения анализа различают прямую потенциометрию и потенциометрическое титрование.

Прямая потенциометрия. Измеряют ЭДС гальванического элемента и по зависимости Е = f(a) находят активность иона графическим или расчётным способом. При этом используют:

метод добавок;

метод концентрационного элемента.

Потенциометрическое титрование. Измеряют ЭДС в процессе титрования, затем строят кривую титрования. По ней определяют объём титранта в точке эквивалентности и рассчитывают результат анализа по закону эквивалентов. Используют реакции всех типов: кислотно-основные реакции, ОВР, реакции осаждения и комплексообразования. Метод удобен для титрования окрашенных и разбавленных растворов, а также смесей веществ. Для нахождения т. э. используют 4 графических способа:

по интегральной кривой титрования - наиболее простой способ;

по дифференциальной кривой титрования - более точный способ;

по второй производной;

по кривой в координатах ДV/ДE - V(R) (метод Грана)- используется для разбавленных растворов.

3 Вольтамперометрия

Вольтамперометрия это совокупность электрохимических методов анализа, основанных на использовании вольтамперных зависимостей I = f(E), которые получают в процессе электролиза на поляризуемом электроде.

По разнообразию решаемых задач вольтамперометрические методы являются наиболее универсальными среди методов электрохимического анализа. Они позволяют одновременно получать качественную и количественную информацию о находящихся в растворе электроактивных, то есть способных вступать в химические реакции под действием электрического тока, веществах.

Инверсионная вольтамперометрия позволяет существенно увеличить чувствительность. Идея метода инверсионной полярографии состоит в выделении определяемого элемента из очень разбавленного раствора на ртутной капле, тонкой плёнке ртути на графитовом электроде или просто на графитовом электроде электролизом с последующим анодным растворением полученного продукта. Процесс накопления происходит при потенциале, соответствующем предельному току. Зависимость силы тока от напряжения при анодном растворении имеет вид характерного пика, высота которого пропорциональна концентрации определяемого иона, а потенциал максимума определяется природой иона.

СПЕКТРОСКОПИЧЕСКИЕ И ДРУГИЕ ОПТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА

Спектроскопические и другие оптические методы анализа - это большая группа методов, основанных на взаимодействии электромагнитного излучения с веществом. Аналитический сигнал можно получать в различных областях спектрального диапазона. В зависимости от этого различают следующие виды спектроскопии (табл.1).

Таблица 1 - Области спектрального диапазона и виды спектроскопии

Область спектрального диапазонаНазвание методаРентгеновская Рентгеновская спектроскопияОптическая (ультрафиолетовая, видимая и инфракрасная) Оптическая спектроскопияМикроволновая Микроволновая спектроскопияРадиоволновая Радиоволновая спектроскопия

Из всех видов спектроскопии в аналитической химии наибольшее применение находит оптическая спектроскопия. Методы оптической спектроскопии очень разнообразны, поскольку при взаимодействии света с веществом происходят различные явления.

Явления, обусловленные корпускулярной природой света, лежат в основе спектроскопических методов анализа. Такие явления наблюдаются при взаимодействии света с отдельными атомами или молекулами. При этом может происходить поглощение или испускание света. Поглощение света атомами и молекулами лежит в основе методов абсорбционной спектроскопии. Явления, обусловленные волновой природой света, лежат в основе оптических методов анализа. Такие явления наблюдаются при взаимодействии света со всем веществом.

В зависимости от типа взаимодействия излучения с веществом различают спектры испускания и спектры поглощения.

Виды спектров испускания:

эмиссионные спектры - испускаются термически возбуждёнными частицами;

спектры люминесценции - испускаются нетермически возбуждёнными частицами (под действием энергии электромагнитного излучения, электрического поля, энергии химической реакции и др.).

В зависимости от природы частиц спектры делят на атомные (линейчатые) и молекулярные (полосатые). В свою очередь, молекулярные спектры могут быть: вращательными; колебательными; электронными.

1 Атомные эмиссионные спектры. Эмиссионная фотометрия пламени

Атомные эмиссионные спектры состоят из отдельных линий, поэтому их называют «линейчатыми» Для каждого элемента характерен свой вид спектра. Спектры атома и иона различаются, так как у них разное электронное строение. Атомные эмиссионные спектры обусловлены только спонтанными (самопроизвольными) электронными переходами в термически возбуждённых атомах. Если атомной системе сообщить энергию, то электроны атомов переходят в возбуждённое состояние. Затем они спонтанно возвращаются в основное состояние. При этом избыточная энергия испускается в виде квантов света с частотой н = ДЕ / h.

Для получения атомного эмиссионного спектра необходимо:

атомизировать вещество (перевести его в атомарное состояние);

возбудить полученные атомы. При этом энергия, затраченная на возбуждение, должна быть меньше потенциала ионизации, иначе получится спектр иона. Если условия атомизации и возбуждения постоянные и не осложняются посторонними физико-химическими и оптическими явлениями, то число возбуждённых атомов прямо пропорционально концентрации вещества.

Регистрация атомных эмиссионных спектров проводится двумя способами:

фотографическим, при котором мерой интенсивности служит степень почернения фотоэмульсии;

фотоэлектрическим, при котором мерой интенсивности служит величина электрического сигнала (сила фототока).

Метод эмиссионной фотометрии пламени основан на измерении интенсивности света, излучаемого возбуждёнными частицами (атомами или молекулами) при введении вещества в пламя горелки. Аналитические возможности метода - определение щелочных и щелочноземельных металлов. Они ограничены возможностями источника возбуждения - пламени. Оно обладает меньшей энергией возбуждения, чем другие источники (дуга, искра и т. п), поэтому в пламени возбуждаются только элементы с низким потенциалом возбуждения.

Принцип метода заключается в следующем. Анализируемый раствор распыляют в виде аэрозоля в пламя горелки. Возникающее излучение определяемого элемента отделяется от постороннего с помощью светофильтра и, попадая на фотоэлемент, вызывает фототок, который измеряется с помощью микроамперметра.

Пламя - это низкотемпературная равновесная плазма. Основными характеристиками пламени являются его состав и рабочая температура. В состав пламени всегда входят два газа:

газ-окислитель - воздух, кислород, озон, фтор и другие.

Поскольку метод фотометрии пламени является чисто физическим, то есть не требует проведения химических реакций, то для определения неизвестной концентрации невозможно применить косвенный приём - инструментальное титрование. Для этих целей применяются все остальные известные приёмы (прямые):

метод градуировочного графика;

метод стандартов;

метод добавок: очень эффективен для уменьшения систематических погрешностей, вызванных физико-химическими помехами.

2 Молекулярные абсорбционные спектры. Методы молекулярного абсорбционного анализа

Спектры поглощения, в отличие от спектров испускания, обусловлены вынужденными электронными переходами, которые происходят под воздействием излучения от внешнего источника. Для получения спектров поглощения вещество помещают в поле электромагнитного излучения. Если энергия кванта с частотой нi не меньше, чем энергия перехода то переход может осуществиться, в результате вещество будет поглощать свет с частотой нi. Если энергия кванта с частотой нi меньше энергии перехода то переход не может осуществиться, поэтому вещество не будет поглощать свет с частотой нi. Следовательно, основным условием поглощения является совпадение энергии перехода и энергии поглощаемого фотона. Ещё одним условием поглощения является то, что переход должен быть разрешён правилами отбора. Так, запрещены переходы между уровнями s ® d, p ® f, с участием более одного электрона, с изменением спина и так далее.

Область интенсивного поглощения излучения называется полосой поглощения. Совокупность полос образует спектр поглощения. Спектр поглощения вещества - это графическое изображение распределения поглощаемой им энергии по длинам волн.

В зависимости от области оптического диапазона, способа измерения и монохроматичности используемого света различают следующие методы молекулярного абсорбционного анализа:

а) фотометрические методы - основаны на поглощении света веществом в ультрафиолетовой и видимой областях и использовании электронных спектров поглощения. Включают в себя три метода:

визуальная колориметрия - основана на сравнении окраски анализируемых и стандартных растворов визуальным способом;

фотоколориметрия - основана на измерении интенсивности света, прошедшего через окрашенный раствор, фотоэлектрическим способом;

спектрофотометрия - основана на измерении интенсивности строго монохроматического света, прошедшего через раствор, фотоэлектрическим способом.

б) инфракрасная - спектроскопия - основана на поглощении света веществом в инфракрасной - области и использовании колебательных спектров поглощения.

4.3 Нефелометрия и турбидиметрия

Сущность нефелометрического и турбидиметрического методов анализа заключается в следующем. Определяемый компонент переводят в малорастворимое соединение, которое может находиться в виде взвеси. Затем измеряют интенсивность света, рассеянного суспензией (нефелометрия) или прошедшего через неё (турбидиметрия) При этом интенсивность светового потока меняется, а длина волны излучения остаётся постоянной С помощью методов нефелометрии и турбидиметрии можно определять малые концентрации (< 100 мг/л) многих ионов, которые об- разуют малорастворимое соединение

В нефелометрии и турбидиметрии чаще всего используют два из четырёх известных приёмов нахождения концентрации по величине аналитического сигнала: метод градуировочного графика и нефелометрическое и турбидиметрическое титрование.

Для нефелометрических измерений используют нефелометры. Они аналогичны фотоколориметрам. Отличие заключается в том, что наблюдают не проходящий, а рассеянный свет, располагая фотоэлемент сбоку кюветы (обычно перпендикулярно падающему свету). Для турбидиметрических измерений можно использовать приборы абсорбционной спектроскопии - фотоколориметры, абсорбциометры, спектрофотометры, а также специальные приборы - фототурбидиметры. Они отличаются от фотоколориметров наличием мешалки, благодаря чему частицы суспензии не оседают.

4.4 Рефрактометрия

Метод основан на измерении относительных показателей преломления (n). Преломление света на границе двух сред - это изменение направления и скорости распространения светового луча. В рефрактометрии используют следующие приёмы нахождения концентрации по величине аналитического сигнала: метод градуировочного графика, по специальным рефрактометрическим таблицам n - щ, которые составлены для многих веществ, метод стандартов - по значению аналитического рефрактометрического фактора Для рефрактометрических измерений используют рефрактометры разных типов, в аналитической химии чаще всего - рефрактометры Аббе.

МЕТОДЫ РАЗДЕЛЕНИЯ И КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ

Разделение - это операция, позволяющая отделить компоненты пробы друг от друга. Его используют, если одни компоненты пробы мешают определению или обнаружению других, т. е. когда метод анализа недостаточно селективен и надо избежать наложения аналитических сигналов. При этом обычно концентрации разделяемых веществ близки.

Концентрирование - это операция, позволяющая увеличить концентрацию микрокомпонента относительно основных компонентов пробы (матрицы). Его используют, если концентрация микрокомпонента меньше предела обнаружения Сmin, т. е. когда метод анализа недостаточно чувствителен. При этом концентрации компонентов сильно различаются. Часто концентрирование совмещается с разделением.

Разделение и концентрирование имеют много общего, для этих целей используются одни и те же методы. Они очень разнообразны.

Существует множество классификаций методов разделения и концентрирования, основанных на разных признаках.

а) классификация по природе процесса

химические методы разделения и концентрирования основаны на протекании химической реакции, которая сопровождается осаждением продукта, выделением газа.

физико-химические методы разделения и концентрирования чаще всего основаны на избирательном распределении вещества между двумя фазами.

физические методы разделения и концентрирования чаще всего основаны на изменении агрегатного состояния вещества.

б) классификация по физической природе двух фаз

Распределение вещества может осуществляться между фазами, которые находятся в одинаковом или разном агрегатном состоянии: газообразном (Г), жидком (Ж), твёрдом (Т).

в) классификация по количеству элементарных актов (ступеней)

одноступенчатые методы - основаны на однократном распределении вещества между двумя фазами. Разделение проходит в статических условиях.

многоступенчатые методы - основаны на многократном распре- делении вещества между двумя фазами. Различают две группы многоступенчатых методов: с повторением процесса однократного распределения, методы, основанные на движении одной фазы относительно другой.

г) классификация по виду равновесия

термодинамические методы разделения основаны на различии в поведении веществ в равновесном состоянии. Они имеют наибольшее значение в аналитической химии.

кинетические методы разделения основаны на различии в поведении веществ во время процесса, ведущего к равновесному состоянию. Например, в биохимических исследованиях наибольшее значение имеет электрофорез. Остальные кинетические методы используются для разделения частиц коллоидных растворов и растворов высокомолекулярных соединений. В аналитической химии эти методы применяются реже.

хроматографические методы основаны и на термодинамическом, и на кинетическом равновесии. Они имеют огромное значение в аналитической химии, поскольку позволяют провести разделение и одновременно качественный и количественный анализ многокомпонентных смесей.

5.1 Ионный обмен

Ионный обмен - это обратимый стехиометрический процесс, который происходит на границе раздела фаз ионит - раствор электролита.

Иониты - это высокомолекулярные полиэлектролиты различного строения и состава. Основным свойством ионитов является то, что они поглощают из раствора катионы или анионы, выделяя при этом в раствор эквивалентное число ионов того же знака заряда.

2 Хроматографические методы анализа

Хроматография - это динамический метод разделения и определения веществ, основанный на многократном распределении компонентов между двумя фазами - подвижной и неподвижной. Вещество поступает в слой сорбента вместе с потоком подвижной фазы. При этом вещество сорбируется, а затем при контакте со свежими порциями подвижной фазы - десорбируется. Перемещение подвижной фазы происходит непрерывно, поэтому непрерывно происходят сорбция и десорбция вещества. При этом часть вещества находится в неподвижной фазе в сорбированном состоянии, а часть - в подвижной фазе и перемещается вместе с ней. В результате скорость движения вещества оказывается меньше, чем скорость движения подвижной фазы. Чем сильнее сорбируется вещество, тем медленнее оно перемещается. Если хроматографируется смесь веществ, то скорость перемещения каждого из них различна из-за разного сродства к сорбенту, в результате чего вещества разделяются: одни компоненты задерживаются в начале пути, другие продвигаются дальше.

В зависимости от агрегатного состояния фаз различают газовую хроматографию (подвижная фаза - газ или пар) и жидкостную хроматографию (подвижная фаза - жидкость).

По механизму взаимодействия вещества с сорбентом различают следующие виды хроматографии: адсорбционная, распределительная, ионообменная, осадочная, окислительно-восстановительная, комплексообразовательная и др.

Метод газовой хроматографии получил наибольшее распространение, поскольку для него наиболее полно разработаны теория и аппаратурное оформление. Газовая хроматография - это гибридный метод, позволяющий одновременно проводить и разделение, и определение компонентов смеси. В качестве подвижной фазы (газа-носителя) используют газы, их смеси или соединения, находящиеся в условиях разделения в газообразном или парообразном состоянии. В качестве неподвижной фазы используют твёрдые сорбенты или жидкость, нанесённую тонким слоем на поверхность инертного носителя.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Физико-химический анализ - область химии, изучающая посредством сочетания физических и геометрических методов превращения, происходящие в равновесных системах.

Под физико-химическими измерениями в системе Госстандарта РФ принято понимать все измерения, связанные с контролем состава веществ, материалов и изделий. Измерения химического состава веществ могут проводиться самими различными методами, поскольку в измерительном процессе в большинстве случаев измеряется какое-либо свойство материала, а затем состав находят из связи состав-свойство. Таким свойством могут быть механические свойства, электромеханические, тепловые, оптические.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

химический вещество концентрация

1 Физико-химический анализ химия [Электронный ресурс] // Энциклопедии & Словари - Коллекция энциклопедий и словарей. - Электрон. дан. - Энциклопедии & Словари, 2009 - 2015- . - Режим доступа: http://enc-dic.com/enc_chemistry/Fiziko-himicheski-analiz-4015.html, свободный. - Загл. с экрана. - Вкладка «Химическая энциклопедия». - Дата обращения 09.03.2015.

2 Козлов М.Г., Метрология и стандартизация [Электронный ресурс] : учебное электронное текстовое издание / Козлов М.Г.- Электрон. дан. - Москва: «Московский Государственный университет печати», 2007. - Режим доступа: hi-edu.ru ›e-books/xbook109/01/part-025.htm, свободный. - Загл. с экрана. - Вкладка «Физико - химические измерения».-Данные соответствуют 13 Марта 2015.

Аналитическая химия [Электронный ресурс] // Википедия - свободная энциклопедия. - Электрон. дан. - Википедия Фаундейшн, 2015- . - Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/, свободный. - Загл. с экрана. - Вкладка «Химия». - Дата обращения 09.03.2015.

Соколовский А. Е., Физико-химические методы анализа [Электронный ресурс] : учебное электронное текстовое издание / А. Е. Соколовский, Е. В. Радион - Электрон. дан. - Минск: «Белорусский Государственный Технологический Университет», 2007. - Режим доступа: analit.belstu.by ›files/fhma/FHMA_teksty_lekcii.pdf, свободный. - Загл. с экрана. - Данные соответствуют 13 Марта 2015.

ГОСТ 23201.0 - 78 Глинозем. Общие требования к методам спектрального анализа [Текст]. - Введ. 1980-01-01. - М. : Изд-во стандартов, 1990. - 6 с.

Основной отличительной особенностью физико-химических измерений является важная роль процесса подготовки пробы к анализу. В самом деле, при хранении пробы, при ее транспортировке от места забора к аналитическому прибору и в самом процессе анализа возможны самые разнообразные трансформации состава. К таким трансформациям могут привести изменения температурного режима, изменения влажности, давления. Важным моментом является так называемое влияние третьей компоненты на результат анализа. В химии хорошо известен каталитический эффект - т. е. влияние на скорость химических реакций веществ, не участвующих в химических превращениях, но изменяющих скорость их протекания, а в ряде случаев определяющих конечный результат химической реакции.

По этой причине нельзя отождествлять, например, собственно измерения теплопроводности газов и анализ состава газовых смесей на хроматографе с детектором теплопроводности. То же самое относится к другому распространенному виду физико-химических измерений -масс-спектрометрам. Эти приборы являются средством измерения массы по траектории движения ионов различной массы в магнитном поле.

Указанная особенность физико-химических измерений приводит к двум очень важным моментам. Первое - физико-химические измерения в сути своей используют весь арсенал приборов и методов из других видов измерения. И второе - в физико-химических измерениях очень большое значение имеет стандартизация методики измерений - последовательности действий, включая забор пробы, хранение, транспортировку, подготовку пробы к анализу, получение аналитического сигнала и обработку результатов измерений. В ряде случаев необходимая информация о составе вещества может быть получена только с использованием измерения нескольких свойств, например, массы и теплопроводности или массы и показателя преломления.

Характерным примером важности процесса пробоподготовки в аналитических измерениях является хроматография. Ниже мы рассмотрим более подробно основные принципы создания хроматографов. Здесь укажем, что в измерительной технике хроматографы занимают достойное место среди других приборов. Тем не менее хроматография не является методом измерения, а скорее есть способ пробоподготовки, позволяющий транспортировать к измерительному устройству различные компоненты смесей веществ в разные моменты времени. В зависимости от типа детектора хроматограф может быть механическим, тепловым, электроизмерительным или оптическим прибором.

Все аналитические методы можно разделить по способу подготовки пробы на два класса - элементный анализ, в котором определяется состав вещества по элементам периодической системы, и анализ по компонентам, в котором измеряемые составляющие вещества ни во время подготовки пробы, ни в процессе анализа на элементы не разлагаются.

По физическим свойствам анализируемой среды физико-химические измерения делятся на анализ состава газов, анализ состава жидкостей и анализ состава твердых тел. Особое место в та ком подходе занимает гигрометрия -определение содержания воды в газах в виде паров, в жидкостях в виде капельной влаги и в твердых телах в виде кристаллизационной воды. Основные методы, используемые в физико-химических измерениях можно представить в виде схемы, данной на рис. 9.1.

Рис. 09.01. Структура физико-химических измерений

Еще одной отличительной особенностью физико-химических измерений является разнообразие методов и приборов для определения микроконцентраций и макроконцентраций одного и того же компонента в определенной среде. Под этим термином здесь подразумевается, что в зависимости от относительного содержания компонента в смеси нужно использовать в ряде случаев совершенно разные подходы. По грубым оценкам в газе в 1 см 3 содержится приблизительно 2,6×10 19 частиц. В жидкости и в твердом теле это значение на несколько порядков больше. Соответственно, для решения всевозможных задач измерения содержания определенного вещества во всевозможных смесях необходимо иметь прибор для измерения величин, изменяющихся в 10 19 -10 23 раз. Для большинства компонентов эта задача трудноразрешима. В самом деле для реализации такого анализатора необходимо с одной стороны иметь счетчик отдельных частиц, а с другой стороны иметь средство измерения сверхчистого вещества с уровнем примесей 10 -19 яю&10 -23 . Очевидно, что подобные измерения представляют собой совершенно разные задачи и решать их если и возможно, то с использованием совершенно разных подходов. Тем не менее практическая необходимость создания сверхчистых материалов привела к тому, что для ряда конкретных задач подобные методы и приборы были созданы.

В основе всех методов анализа лежит измерение либо химического, либо физического свойства вещества, называемого аналитическим сигналом, зависящего от природы вещества и его содержания в пробе.

Все методы анализа принято разделять на химические, физические и физико - химические методы анализа.

В химических методах анализа для получения аналитического сигнала используется химическая реакция. В качестве аналитического сигнала в химических методах выступает либо масса вещества (гравиметрический метод анализа), либо объем реактива - титранта (титриметрические методы).

Физико - химические методы анализа основаны на регистрации аналитического сигнала какого-то физического свойства (потенциала, тока, количества электричества, интенсивности излучения света или его поглощения и т. д.) при проведении химической реакции.

Физические методы - методы, при реализации которых регистрируется аналитический сигнал каких-то физических свойств (ядерные, спектральные, оптические) без проведения химической реакции.

Деление методов на физические и физико - химические часто условно, так как бывает трудно отнести метод к той или иной группе. Физические и физико - химические методы называют еще инструментальными методами анализа, поскольку они требуют использования специальной аппаратуры. Кроме того, деление методов на химические и инструментальные осуществляют на основе типа взаимодействия: в химических методах - взаимодействие вещества с веществом, в инструментальных - вещества с энергией. В зависимости от вида энергии в веществе происходит изменение энергетического состояния составляющих его частиц (атомов, молекул, ионов); при этом меняется физическое свойство, которое может быть использовано в качестве аналитического сигнала.

В последнее время в отдельную группу методов анализа выделяют так называемые биологические методы , в которых для получения аналитического сигнала используются реакции, протекающие в живых организмах или с участием выделенных из них биологических субстратов (ферментов, антител и др.).

Наличие в литературе многочисленных классификаций объясняется различными принципами, положенными в основу деления методов анализа:

объект анализа (неорганические и органические вещества);
агрегатное состояние вещества (газы, твердые тела, жидкие среды и т. д.);
масса пробы, используемая для анализа (макро- и микроанализ);
диапазон содержаний определяемого компонента;
эксплуатационные характеристики метода (например, продолжительность анализа, степень автоматизации, метрологические характеристики и т. д.);
избирательность (селективность);
прочие аналитические признаки (например, кинетические методы, методы капельного анализа).

Иногда при решении специальных задач возникает потребность еще более детальной классификации.

Широкое распространение физико - химические методы анализа получили благодаря следующим достоинствам:

Высокая чувствительность и низкий предел обнаружения (10 -5 10 -10 %);
- экспрессность;
- возможность проведения анализа на расстоянии - дистанционный анализ (анализ глубинных океанических вод, изучение объектов Вселенной, анализ агрессивных и токсичных сред и т.д.);
- выполнение анализа без разрушения образца, послойный и локальный анализ (металловедение, полупроводниковая промышленность);
- возможность полной или частичной автоматизации.
Уступая химическим методам в точности (погрешность 10 - 15 %), физико - химические методы тем не менее имеют широкие возможности для решения сложных, многообразных задач современной аналитической химии.

Под физико-химическими измерениями в системе Росстандарта РФ принято понимать все измерения, связанные с контролем состава веществ, материалов и изделий. Измерения химического состава веществ могут проводиться самими различными методами, поскольку в измерительном процессе в большинстве случаев измеряется какое-либо свойство материала, а затем состав находят из связи состав-свойство. Таким свойством могут быть механические свойства, электромеханические, тепловые, оптические. Из этого следует, что физико-химические измерения опираются в сути своей на уже рассмотренные виды измерений.

По этой причине нельзя отождествлять, например, собственно измерения теплопроводности газов и анализ состава газовых смесей на хроматографе с детектором теплопроводности. То же самое относится к другому распространенному виду физико-химических измерений - масс-спектрометрам. Эти приборы являются средством измерения массы по траектории движения ионов различной массы в магнитном поле.

Еще одной отличительной особенностью физико-химических измерений является разнообразие методов и приборов для определения микроконцентраций и макроконцентраций одного и того же компонента в определенной среде. Под этим термином здесь подразумевается, что в зависимости от относительного содержания компонента в смеси нужно использовать в ряде случаев совершенно разные подходы. По грубым оценкам в газе в 1 см 3 содержится приблизительно 2,6×10 19 частиц. В жидкости и в твердом теле это значение на несколько порядков больше. Соответственно, для решения всевозможных задач измерения содержания определенного вещества во всевозможных смесях необходимо иметь прибор для измерения величин, изменяющихся в 10 19 -10 23 раз. Для большинства компонентов эта задача трудноразрешима. В самом деле для реализации такого анализатора необходимо с одной стороны иметь счетчик отдельных частиц, а с другой стороны иметь средство измерения сверхчистого вещества с уровнем примесей 10 -19 яю&10 -23 . Очевидно, что подобные измерения представляют собой совершенно разные задачи и решать их если и возможно, то с использованием совершенно разных подходов. Тем не менее, практическая необходимость создания сверхчистых материалов привела к тому, что для ряда конкретных задач подобные методы и приборы были созданы.

физико-химическими измерениями в системе Госстандарта РФ принято понимать все измерения, связанные с контролем состава веществ, материалов и изделий. Измерения химического состава веществ могут проводиться самими различными методами, поскольку в измерительном процессе в большинстве случаев измеряется какое-либо свойство материала, а затем состав находят из связи состав-свойство. Таким свойством могут быть механические свойства, электромеханические, тепловые, оптические. Из этого следует, что физико-химические измерения опираются в сути своей на уже рассмотренные виды измерений.

По этой причине нельзя отождествлять, например, собственно измерения теплопроводности газов и анализ состава газовых смесей на хроматографе с детектором теплопроводности. То же самое относится к другому распространенному виду физико-химических измерений - масс-спектрометрам. Эти приборы являются средством измерения массы по траектории движения ионов различной массы в магнитном поле.

Влажность и содержание молекул воды в веществах и материалах являются одним из наиболее важных характеристик состава. Уже указывалось, что влагу необходимо измерять в газах (концентрация паров воды), в смесях жидкостей (собственно содержание молекул воды) и в твердых телах в качестве кристаллизационной влаги, входящей в структуру кристаллов. Соответственно, набор методов и устройств для измерения содержания молекул воды в материалах оказывается весьма разнообразным.

Традиции измерительной техники, опирающиеся на повседневный опыт, привели к тому, что в измерениях влажности сложилась специфическая ситуация, когда в зависимости от влияния количества влаги нате или иные процессы необходимо знать либо абсолютное значение количества влаги в веществе, либо относительное значение, определяемое как процентное отношение реальной влажности вещества к максимально возможной в данных условиях. Если необходимо знать, например, изменение электрических или механических свойств вещества, в этом случае определяющим является абсолютное значение содержания влаги. То же самое относится к содержанию влаги в нефти, в продуктах питания и т. д. В том случае, когда необходимо определить скорость высыхания влажных объектов, комфортность среды обитания человека или метеорологическую обстановку, на первое место выступает отношение реальной влажности, например воздуха, к максимально возможной при данной температуре.

В связи с этим характеристики влажности, а также величины и единицы влажности подразделяются на характеристики влагосостояния и влагосодержания.

(9.01)

К этому классу характеристик можно отнести парциальное давление водяных паров в газах, абсолютную концентрацию молекул воды для газа, близкого к идеальному, определяемую как:

(9.02)

где Т -абсолютная температура, n 0 - постоянная Лошмидта, равная числу молекул идеального газа в 1 см 3 при нормальных условиях, т. е. при p 0 = 760 Торр= 1015 Гпа и T 0 = 273,1б К. Часто используется такая характеристика абсолютной влажности как точка росы, т. е. температура, при которой данная абсолютная влажность газа становится 100%.Эта характеристика привнесена в гигрометрию метеорологам и, т.к. является наиболее характерной при определении момента выпадения росы и определения ее количества.

Процентное соотношение, равное отношению абсолютной влажности к максимально возможной при данной температуре:

(9.03)

Относительная влажность может характеризоваться так называемым дефицитом парциального давления, равного отношению парциального давления влаги к максимально возможному при данной температуре. Очень редко в гигрометрических измерениях можно встретить дефицит точки росы.

Связь между температурой и максимально возможной абсолютной влажностью дается уравнением упругости насыщенных паров воды. Это уравнение имеет вид:

(9.04)

На практике чаще пользуются таблицей давления насыщенных паров над плоской поверхностью воды или льда при различных температурах. Эти данные приведены в табл. 9.1.

Таблица 9.1

Давление насыщенных паров
над плоской поверхностью воды

t°c	Р нк, мбар	А нк г/м 3	t°C	Р нк, мбар	А нк г/м 3
0	6,108	4,582	31	44,927	33,704
1	6,566	4,926	32	47,551	35,672
2	7,055	5,293	33	50,307	37,740
3	7,575	5,683	34	53,200	39,910
4	8,159	6,120	35	56,236	42,188
5	8,719	6,541	36	59,422	44,576
6	9,347	7,012	37	62,762	47,083
7	10,013	7,511	38	66,264	49,710
8	10,722	8,043	39	69,934	52,464
9	11,474	8,608	40	73,777	55,347
10	12,272	9,206	41	77,802	58,366
11	13,119	9,842	42	82,015	61,527
12	14,017	10,515	43	86,423	64,839
13	14,969	11,229	44	91,034	68,293
14	15,977	11,986	45	95,855	71,909
15	17,044	12,786	46	100,89	75,686
16	18,173	13,633	47	106,16	79,640
17	19,367	14,529	48	111,66	83,766
18	20,630	15,476	49	117,40	87,772
19	21,964	16,477	50	123,40	92,573
20	23,373	17,534	51	129,65	97,262
21	24,861	18,650	52	136,17	102,153
22	26,430	19,827	53	142,98	107,268
23	28,086	21,070	54	150,07	112,581
24	29,831	22,379	55	157,46	118,125
25	31,671	23,759	56	165,16	123,900
26	33,608	25,212	57	173,18	129,917
27	35,649	26,743	58	181,53	136,009
28	37,796	28,354	59	190,22	142,700
29	40,055	30,048	60	199,26	149,482
30	42,430	31,830

На стандартных справочных данных, приведенных в табл. 9.1, основаны практически все пересчеты характеристик влажности. На их основе можно, например, по известной абсолютной влажности и температуре найти относительную влажность, точку росы и т. д., выразить практически любую характеристику влажности газов.

Среди приборов для измерения влажности наиболее массовыми являются приборы для определения содержания воды в газах - гигрометры. Для измерения влажности твердых и сыпучих тел чаще всего используются те же гигрометры, только процесс подготовки пробы к анализу включает в себя перевод влаги в газовую фазу, которая затем и анализируется. Существуют в принципе методы непосредственного измерения содержания влаги в жидкостях и в твердых телах, например, методом ядерного магнитного резонанса. Приборы, построенные на таком принципе, достаточно сложны, дороги и требуют высокой квалификации оператора.

Гигрометры как самостоятельные приборы являются одними из самых востребованных измерительных приборов, поскольку с давних времен в них нуждались метеорологи. По изменению влажности, также как по изменению давления и температуры, можно предсказывать погоду, можно контролировать комфортность жизнеобеспечения в помещениях, контролировать различного рода технологические процессы. Например, контроль влажности на электростанциях, на телефонных станциях, на полиграфическом производстве и т.д. и т.п. является определяющим в обеспечении нормального режима функционирования.

Востребованность гигрометров породила разработки и изготовление большого количества различных типов приборов. Большинство измерителей влажности представляют собой датчики влажности с индикатором либо аналогового сигнала, либо сигнала в цифровой форме. Поскольку индикаторами являются в большинстве своем либо механические устройства, либо электроизмерительные приборы, рассмотренные в предыдущих разделах, остановимся на датчиках влажности, определяющих почти все функциональные возможности гигрометров.

Датчики гигрометров можно классифицировать по принципу действия на следующие типы:

волосяные датчики, в которых используется свойство волоса изменять длину при изменении влажности;

емкостные датчики, в которых при изменении влажности изменяется электрическая емкость конденсатора с гигроскопичным диэлектриком;

резистивные датчики, в которых изменяется сопротивление проводника, на поверхность которого нанесен гигроскопический слой;

пьезосорбционные датчики, в которых влага, поглощенная гигроскопическим покрытием, изменяет собственную частоту колебаний пьезокристалла, на поверхность которого нанесен гигроскопичный слой;

датчик температуры точки росы, в котором фиксируется температура, соответствующая переходу зеркального отражения металлической поверхностью в диффузное;

оптический абсорбционный датчик, в котором регистрируется доля поглощенной энергии света в полосах поглощения парами воды электромагнитного излучения.

Наиболее древний, наиболее простой и наиболее дешевый датчик влажности представляет собой обычный волос, натянутый между двумя пружинами. Для измерения влажности используется свойство волоса изменять длину при изменении влажности. Несмотря на кажущуюся примитивность такого датчика и на то, что процесс, лежащий в основе измерения, не определяется законами физики и поэтому не поддается расчету, гигрометры с волосяными датчиками изготавливаются в большом количестве.

Емкостные датчики влажности в настоящее время по массовости использования конкурируют и даже превосходят волосяные, поскольку по простоте и дешевизне они не уступают волосяным. Измеряемой физической величиной является емкость конденсатора, а это означает, что в качестве индикатора или выходного устройства может использоваться любой измеритель емкости. Схема емкостного датчика в одном из возможных вариантов дана на рис. 9.2
. На подложку из кварца наносится тонкий слой алюминия, являющийся одной из обкладок конденсатора.

На поверхности алюминиевого покрытия образуется тонкая пленка окиси Al 2 O 3 . На окисленную поверхность наносится напылением второй электрод из металла, свободно пропускающего пары воды. Такими материалами могут быть тонкие пленки палладия, родия или платины. Внешний пористый электрод является второй обкладкой конденсатора.

Резистивные датчики изготавливаются в виде структуры, схема которой дана на рис. 9.3
.

Конструкция резистивного датчика влажности представляет собой меандр из двух не соприкасающихся электродов, на поверхность которого нанесен тонкий слой гигроскопического диэлектрика. Последний, сорбируя влагу из окружающей среды, изменяет сопротивление промежутков между электродами меандра. О влажности судят по изменению сопротивления или проводимости такого элемента.

В последнее время появились гигрометры, в основу работы которых положен фундаментальный физический закон поглощения электромагнитного излучения - закон Ламберта-Бугера-Бера. Согласно этому закону через слои поглощающего или рассеивающего вещества проходит электромагнитное излучение интенсивностью I λ , равное:

где I λ - интенсивность излучения, падающего на поглощающий столб; N - концентрация поглощающих атомов (число молекул в единице объема); l - длина поглощающего столба, δ λ - молекулярная константа, равная площади «тени», создаваемой одним атомом и выраженной в соответствующих единицах.

Пары воды имеют интенсивные полосы поглощения в инфракрасной области спектра и в области длин волн от 185 нм до 110 нм - в так называемой вакуумной ультрафиолетовой области. Имеются отдельные разработки по созданию инфракрасных и ультрафиолетовых оптических влагомеров, и все они имеют одно общее положительное качество - это влагомеры мгновенного действия. Под этим понимается рекордно быстрое установление аналитического сигнала для пробы, помещенной между источником света и фотоприемником. Другие особенности оптических датчиков определяются тем, что в инфракрасной области поглощение молекулами воды соответствует вращательно-колебательным степеням свободы. Это означает, что вероятности переходов, и, соответственно, сечения поглощения в законе Ламберта-Бугера-Бера зависят от температуры объекта. В вакуумной ультрафиолетовой области сечение поглощения от температуры не зависит. По этой причине ультрафиолетовые датчики влажности являются более предпочтительными, но инфракрасная техника, которая используется в ИК датчиках влажности, намного долговечнее и проще в эксплуатации, чем ВУФ техника.

У оптических датчиков имеется и один общий недостаток - влияние на показание мешающих компонентов. В инфракрасной области это различные молекулярные газы, например окиси углерода, серы, азота, углеводороды и т. д. В вакуумном ультрафиолете основным мешающим компонентом является кислород. Тем не менее можно выбрать длины волн в ВУФ, где поглощение кислорода минимально, а поглощение паров воды максимально. Например, удобной областью является излучение резонансной линии водорода с длиной волны А, = 121,6 нм. На этой длине волны у кислорода наблюдается «окно» прозрачности в то время, как пары воды заметно поглощают. Другой возможностью является использование излучения ртути с длиной волны 184,9 нм. В этой области кислород излучения не поглощает и весь сигнал поглощения определяется парами воды.

Одна из возможных конструкций оптического датчика влажности дана на рис. 9.4
. Резонансная водородная лампа с окном из фтористого магния располагается на расстоянии в несколько миллиметров от фотоэлемента с катодом из никеля. Никелевый фотоэлемент имеет длинноволновую границу чувствительности -190 нм. Окна из фтористого магния имеют коротковолновую границу прозрачности 110 нм. В этом диапазоне длин волн (от 190 до 110 нм) в спектре водородной лампы присутствует только резонансное излучение 121,6 нм, которое и используется для измерения абсолютной влажности без какой-либо монохроматизации.

У оптического датчика, схема которого изображена на рис. 9.4 есть еще одна особенность - возможность изменять чувствительность изменением расстояния от лампы до фотоприемника. В самом деле, с увеличением расстояния наклон характеристики dU/dN выходного сигнала от концентрации прямо пропорционален величине зазора между лампой и фотодиодом.

Важным качеством оптического датчика является следствие из закона Ламберта-Бугера-Бера, состоящее в том, что такой датчик нужно калибровать только в одной точке. Если, например, определить сигнал с прибора при какой-либо одной определенной концентрации паров воды, то отградуировать шкалу прибора можно расчетным путем на том основании, что изменение логарифма сигналов при различных концентрациях равно:

(9.06)

где N - концентрация (число) молекул в единице объема; δ λ - сечение поглощения, I - длина поглощающего промежутка.

Для определения относительной и абсолютной влажности на практике часто используются приборы, получившие название психрометров. Психрометры представляют собой два одинаковых термометра, один из которых обернут фитилем и смачивается водой. Мокрый термометр показывает температуру ниже, чем сухой термометр в том случае, если относительная влажность не равна 100%. Чем ниже относительная влажность, тем больше разность показаний сухого и мокрого термометров. Для психрометров различных конструкций составляются так называемые психрометрические таблицы, по которым находятся характеристики влажности. Схема психрометра дана на рис. 9.5.

Психрометр не очень удобен в эксплуатации, поскольку его показания не просто автоматизировать, и требуется постоянное увлажнение фитиля. Тем не менее именно психрометр является самым простым и вместе с тем достаточно точным и надежным средством измерения влажности. Именно по психрометру чаще всего градуируются гигрометры с волосяными, емкостными или резистивными датчиками.

В заключение кратко остановимся на методах измерения влажности жидкостей и твердых материалов. Наиболее распространенным является метод высушивания или выпаривания влаги из вещества с последующим взвешиванием. Обычно пробу высушивают до тех пор, пока не перестанет изменяться ее вес. При этом, естественно, делается два допущения. Первое - что вся сортированная и химически связанная влага при выбранном режиме выпаривания улетучивается. И второе - что вместе с влагой не испарится никакой другой компонент. Очевидно, что во многих случаях гарантировать корректность выполнения процедур выпаривания очень сложно.

Другим универсальным методом измерения влажности жидких и твердых тел является метод, когда влага из них переходит в газовую фазу в каком-либо замкнутом объеме. В этом случае стандартизуют методику подготовки пробы, а измерения ведут одним из упомянутых типов гигрометров, предназначенных для измерений влаги в газовой фазе. С целью получения надежных результатов такие устройства калибруют по стандартным образцам влажности.

Общие сведения о методах анализа состава и измерения параметров продукции

В основе определения состава и свойств продукции лежит химический анализ. Он связан с проведением качественного и количественного анализа состава продукции и сравнением полученных результатов с установленными нормативно-технической документацией требованиями.

Химический анализ в широком смысле этого понятия, включающий физические и физико-химические методы, является составной частью метрологии. Его особенностью является предварительное проведение качественного анализа, т. е. идентификации химических частиц различного рода (атомов, молекул, ионов, радикалов) с последующим определением их количества (качественный анализ) в анализируемом продукте.

Цели, с которыми проводится качественный или количественный химический анализ состава продукции разнообразны. В зависимости от решаемых задач и глубины проверки продукции результаты могут быть получены проведением следующих анализов: атомного, молекулярного, функционального и валового.

Атомный (элементный) и молекулярный анализы заключаются в контроле состава веществ на уровне атомов или молекул. Функциональный анализ заключается в определении состава функциональных групп в химических соединениях. Валовой анализ применяется в случае проверки сложных смесей веществ (горные породы, цемент), когда состав пробы выражается в виде условно выбранных соединений, например оксидов.

Состав продукции проверяется измерением количества или физических свойств, входящих в неё веществ. Измерения производятся непосредственно или же после соответствующей подготовки продукции (разделение, концентрирование, перевод в удобную для измерения форму и др.). Процесс завершается измерением величины аналитического сигнала. Для получения аналитического сигнала, как правило, используются три группы методов: химические, физические и физико-химические.

Химические методы основаны на химических реакциях определяемого компонента с реагентом. Эффектом реакции может быть образование малорастворимого осадка, малодиссациированного соединения или прочного комплексного соединения.

В физических методах измеряется свойство (интенсивность излучения света, радиоактивного излучения и др.), непосредственно зависящее от природы атомов и их концентрации в веществе. При этом химические реакции или совсем не играют роли, или имеют второстепенное значение.

В физико-химических методах анализа определяются изменения физических свойств системы (коэффициента преломления света, электрической проводимости, поглощения света и др.), происходящие в результате химических или электрохимических реакций. Интенсивность физического сигнала зависит от концентрации определяемого компонента.

Между химическими и физико-химическими, физическими и физико-химическими методами анализа не всегда можно провести чёткую границу. Например, измерение электрической проводимости растворов (кондуктометрия) не требует проведения химических реакций и относится к физическим методам, тогда как определение изменения электрической проводимости при титровании кислоты щёлочью (кондуктометрическое титрование) является физико-химическим методом. Иногда физические и физико-химические методы объединяются под общим названием инструментальные методы, так как для измерения сигналов используется прецизионная аппаратура.

Физико- химические методы анализа и их место в системе контроля качества продукции.

Свойства веществ и материалов, производимой и реализуемой продукции, изучаются с использованием методов современной аналитической химии, которые направлены на решение задач управления качеством продукции.
Физические и физико-химические методы анализа являются естественным продолжением курса химических методов анализа, и основывается на регистрации аналитических сигналов, появление которых зависит от физико-химических свойств вещества, его природы и содержания в анализируемом продукте.

Классические методы анализа применяются в специализированных аналитических лабораториях. Их проведение связано с периодическим отбором проб анализируемых продуктов, что не всегда удобно, эффективно и не обеспечивает высокую скорость получения результата. Вместе с тем, они не в состоянии удовлетворить многообразные запросы науки, техники, промышленности и социальной жизни людей. Этих недостатков лишены физические и физико-химические методы, а доступность аппаратуры делает их востребованными в практике всех сфер деятельности людей.
Современные отрасли производства и социальной жизни людей ставят свои специфические задачи перед физическими и физико – химическими методами анализа по контролю качества продукции.
Выплавляя чугун или сталь, металлург должен знать качественный и количественный состав плавок. Вместе с содержанием основного металла в сплаве ему необходимы данные о составе используемых исходных веществах и их свойствах. Контроль этих параметров позволяет непосредственно судить о режиме плавки, так как они характеризуют качество получаемых сплавов, а также при необходимости производить соответствующие корректировки технологических процессов. Например, жаропрочные сплавы металлов теряют свои свойства, если количество “запрещенных” примесей в них превысит 10-5%. Вместе с тем, определение малых концентраций примесей практически невозможно химическими методами. Поэтому для решения задач такого рода применяются физические и физико-химические методы анализа, обладающие самым низким пределом обнаружения примесей.
В ходе протекания химико-технологических процессов производства продукции изменяются химический состав перерабатываемых веществ и их свойства. Контроль этих параметров позволяет непосредственно судить о режиме процесса, составе получаемых продуктов, а скорость получения данных своевременно вносить соответствующие корректировки. Поэтому на химических предприятиях применяются методы автоматизированного контроля, которые реализуются с применением приборов называемых анализаторами.
Наряду с черной и цветной металлургией, химической промышленностью и другими традиционными отраслями большое значение стали иметь отрасли по освоению атомной энергии в мирных целях, связанные с ракетостроением, освоением космоса, развитием полупроводниковой промышленности, электроники, компьютеров, чистых и сверхчистых веществ.
Впечатляют примеры, показывающие связь свойств с загрязнением примесями полупроводниковых материалов, из которых изготавливаются радиоэлектронные элементы с загрязнением исходных материалов, используемых для их изготовления «вредными» примесями. Германий, применяемый в электронной промышленности, утрачивает свои полупроводниковые свойства, если загрязнен фосфором или мышьяком в пределах 10-10%. Цирконий, являющийся конструкционным материалом для ядерной промышленности, при наличии в нем примеси гафния в пределах 10-5%, недопустим к применению.
Подобные примеры можно приводить и с лекарственными препаратами, продукцией парфюмерной, пищевой и текстильной промышленности. Наличие вредных примесей в них может негативно повлиять на состояние здоровья людей. Поэтому без применения физических и физико-химических методов анализа сложно контролировать выпуск продукции, проверить качество поступившей в продажу продукции, а значит и разрешать возникающие спорные вопросы между покупателем и продавцом.
Особенное значение приобрели физико-химические методы анализа для решения задач экологической направленности, а также в медицинской и судебно-экспертной практике, так как только с их помощью можно быстро получить достоверные результаты.
Нельзя обойти стороной применение физических и физико-химических методов анализа в военном деле и гражданской обороне. Методы, реализованные в средствах радиационной, химической и биологической разведки позволяют оперативно проводить проверку зараженности атмосферы, техники, имущества, продуктов питания и идентифицировать токсичные вещества. Войсковые газоанализаторы позволяют определять в атмосфере токсичные вещества в концентрациях до 10-5%. Индикаторы для определения сильнодействующих ядовитых веществ и токсичных примесей в испарениях ракетного топлива реагируют на концентрации10-5–10-7%, что многократно превышает предельно-допустимые нормы.
Важной задачей физических и физико-химических методов анализа является также разработка экспресс методов обнаружения и количественного определения отдельных элементов в составе выпускаемой продукции. Всё перечисленное активизировало развитие аналитического приборостроения, инициировало разработку методов автоматизации контроля химико - технологических процессов, связанных с производством продукции и обеспечения безопасности жизнедеятельности людей. Современное лабораторное аналитическое оборудование позволяет быстро выявить изменения в продукции предназначенной для длительного хранения или, хранящейся с нарушением установленных требований, а также разрешить возникающие спорные вопросы между производителем и потребителем.

Управление технологическими процессами только по таким параметрам, как давление, уровень, расход и температура, часто не гарантирует получение продуктов требуемого качества. Во многих случаях необходим автоматический контроль состава и свойств вырабатываемых продуктов. Приборы для такого контроля - это автоматические анализаторы влажности, вязкости, концентрации, плотности, прозрачности и т. п.

Большинство выпускаемых промышленностью автоматических анализаторов предназначено для определения состава и свойств бинарных и псевдобинарных смесей . Бинарной смесью называют газовую смесь, состоящую из двух газов, или жидкость, содержащую один растворенный компонент. Анализ бинарной смеси возможен при условии, что составляющие ее компоненты отличаются друг от друга какими-либо физическими или физико-химическими свойствами. Псевдобинарной называют многокомпонентную смесь, в которой неопределяемые компоненты резко отличаются по физическим или физико-химическим свойствам от определяемого компонента. Анализ такой смеси аналогичен анализу бинарной.
Анализ многокомпонентных смесей, содержащих три и более компонента, производят только после предварительного разделения смеси на отдельные компоненты.

Специфической особенностью аналитических измерений является сильное влияние на их результаты побочных факторов (температуры, давления, скорости движения вещества и т. п.). Эти факторы особенно влияют на точность таких аналитических приборов, принцип действия которых основан на использовании какого-либо одного свойства вещества (электропроводности, теплопроводности, магнитной или диэлектрической проницаемости и др.). Поэтому автоматические анализаторы обычно оснащены сложным дополнительным оборудованием для отбора пробы, подготовки ее к анализу, стабилизации условий измерений или автоматического введения поправки и т. п.

Многообразие анализируемых веществ и широкий диапазон их составов и свойств обусловили производство автоматических приборов с чрезвычайно разнообразными методами анализа.
Для анализа бинарных смесей в химической промышленности наибольшее применение получили аналитические приборы со следующими методами измерений:
- механическим, основанным на механических свойствах газов и жидкостей или механических явлениях, протекающих в них;
- тепловым, основанным на тепловых свойствах анализируемого вещества или тепловых явлениях, протекающих в нем;
- магнитным, основанным на магнитных свойствах анализируемого вещества или магнитных явлениях, протекающих в нем;
- электрохимическим, основанным на электрохимических явлениях в электродных системах, погруженных в анализируемое вещество;
- спектральным, основанным на взаимодействии излучения с анализируемым веществом или на свойствах излучения самих веществ;
- радиоактивным, основанным на поглощении или испускании радиоактивного излучения анализируемым веществом;
- диэлькометрическим, основанным на измерении диэлектрической проницаемости анализируемого вещества;
- химическим, основанным на протекании химических реакций.

Для анализа многокомпонентных смесей в автоматических анализаторах применяется метод разделения компонентов. Этот метод используется в хроматографах и масс-спектрометрах.
Поскольку для каждой отрасли химической промышленности характерны продукты, обладающие специфическими составами и свойствами, приборостроительная промышленность выпускает разнообразные автоматические анализаторы: плотномеры, вискозиметры, газоанализаторы, влагомеры, хроматографы, нефелометры и т.д. Если приборы для измерения таких общетехнических параметров, как давление, уровень, расход и температура, применяются практически во всех производствах, то анализаторы, напротив, как правило, для специфических задач конкретного производства.

Газоанализаторы.

Приборы для контроля за составом и свойствами газов (газоанализаторы) подразделяют по принципу действия на термокондуктометрические, магнитные, электрохимические, оптические и др.

Для контроля за составом газов и жидкостей широко применяют хроматографы.

Термокондуктометрические газоанализаторы действуют на основе измерения теплопроводности газовой смеси, которая зависит от компонентов.
Измеряемый газ подается в камеру с платиновым проводником, включенным в мостовую схему. Ток, проходящий по проводнику, нагревает проводник, а омывающий газ охлаждает. В аналогичную камеру подается эталонный газ. Компенсационная мостовая схема воспринимает разность охлаждений, пропорциональную теплопроводности, и через усилитель подает сигнал на вторичный прибор. Показания снимаются визуально или записываются. В некоторых газоанализаторах для определения содержания аммиака в воздухе имеются контакты двухпозиционного устройства, которые выдают сигнал при превышении допустимой концентрации.

Магнитные газоанализаторы действуют на основе определения магнитной восприимчивости газовых смесей в зависимости от содержания кислорода. Кислород и двуокись азота в отличие от других газов обладают положительной магнитной восприимчивостью.
При увеличении концентрации кислорода в газовой смеси усиливается движение потока газа вблизи резистора, по которому протекает ток. Интенсивное охлаждение резистора вызывает изменение его сопротивления и величины тока, подающего сигнал на вторичный прибор. Шкала прибора градуируется на процентное содержание кислорода по объему.
Конструктивно газоанализатор оформлен в виде отдельных узлов (приемник, блок очистки, показывающий прибор и др.), установленных на щите. Отбор газа для анализа осуществляется с помощью керамического фильтра, установленного в газоходе, и блока очистки.
Действие электрохимических газоанализаторов основано на реакции, вызывающей образование тока в электролите при взаимодействии кислорода с материалом электрода. Величина тока, протекающего во внешней цепи электролита, пропорциональна концентрации кислорода в газовой смеси.

В оптических газоанализаторах используются свойства газов поглощать ультрафиолетовые и инфракрасные лучи или вступать в реакцию, изменяя цвет индикатора, которым пропитывают хлопчатобумажную ленту.

Принцип действия хроматографов основан на разделении компонентов смеси газов с помощью сорбента, то есть вещества, поглощающего молекулы газа или раствора. Испытуемая проба продувается через слой сорбента с помощью газоносителя (азот). При этом каждый газ растворяется и меняет скорость перемещения в зависимости от степени поглощения. Различие в скоростях приводит к разделению газов. Очередность выхода каждого из компонентов является качественным показателем хроматографического анализа.
Определяют концентрацию отдельных компонентов детектором. Выходной электрический импульс детектора передается на электронный автоматический прибор, записывающий хрома-тограмму, состоящую из ряда отклонений, каждое отклонение соответствует определенному компоненту анализируемой смеси.

Измерения относительной влажности воздуха.

Влажность воздуха оценивается абсолютной или относительной величиной. Измерение влажности производится различными методами: психрометрическим, гигроскопическим, электролитическим и др.

Психрометрический метод измерения влажности воздуха основан на зависимости интенсивности испарения воды от влажности воздуха. Чем меньше влажность воздуха в помещении, тем быстрее будет испаряться вода из внесенного в него сосуда и тем ниже будет температура воды по сравнению с окружающей средой. На этом принципе работают приборы, называемые психрометрами.
Психрометр состоит из «сухого» термометра 1 и «увлажненного» 3, укрепленных на панели 4. Чувствительный элемент «увлажненного» термометра обернут тканью (батист), часть которой помещена в резервуар 2 с водой. По разности показаний «сухого» и «увлажненного» термометров можно определить относительную влажность воздуха.
Психрометры широко применяются для контроля влажности в инкубаторах и животноводческих помещениях.
Электронный психрометр ПЭ имеет психрометрический ПИП и электронный самопишущий или регулирующий вторичный прибор.

Электролитический метод измерения влажности воздуха основан на изменении электропроводности некоторых солей при изменении влажности воздуха.

Гигроскопический метод определения влажности воздуха основан на способности некоторых материалов приводить свою влажность в состояние одинаковое с влажностью воздуха. Изменение влажности гигроскопических материалов сопровождается изменением их размеров.

Наиболее распространенными приборами такого рода являются гигрометр и метеорологический гигрограф. В сельскохозяйственной практике гигрограф применяются для непрерывной регистрации изменений во времени относительной влажности воздуха теплиц, складских и животноводческих помещений в пределах 30-100% при температуре до +45° С.
Чувствительным элементом гигрографа является пучок (35-40 шт.) обезжиренных человеческих волос, укрепленных в кронштейне, как тетива в луке. Средняя часть пучка Натягивается крючком, который через систему рычагов соединен со стрелкой. Стрелка с помощью пера при вращении барабана регистрирует показания на диаграммной ленте. Вращение барабана осуществляется часовым механизмом с недельным или суточным заводом, который помещается внутри барабана. При увеличении или уменьшении относительной влажности воздуха пучок волос удлиняется и стрелка с пером перемещается.

Понятие о концентрации растворов и суспензий, приборы.

Концентрацией раствора называют содержание растворенного вещества в единице объема или массы раствора.
Природная вода, особенно доставляемая из скважин, представляет собой раствор различных солей. Ее можно использовать для питья и технологических нужд, если концентрация солей находится в определенных пределах. Так, использование воды с большой концентрацией соли в котлах теплоэнергетических установок приведет к быстрому образованию накипи на стенках, что снижает экономичность котла, а также может быть причиной аварии.

Суспензией называют взвесь, состоящую из двух фаз - твердой и жидкой, где мелкие твердые частицы взвешены в жидкости. Суспензией, например, является жидкий корм для свиней, состоящий из комбикорма, разбавленного водой в соотношении 1:3. Влажность его, то есть соотношение массы жидкости к массе сухого материала, составляет 75-78%. Процессы соковыделения и пищеварения животных в значительной степени зависят от влажности корма. Измерять концентрацию растворов и влажность суспензий нужно для того, чтобы обеспечить правильное протекание технологических процессов на комплексах.
В настоящее время влажность кормов контролируют в основном термографическим методом, то есть высушивают пробу и определяют массу высушенной навески. Влажность корма определяют, вычитая массу навески из массы образца.Этот метод обеспечивает высокую точность, но на него затрачивается много времени.
Имеется ряд методов, когда влажность определяют по физическим свойствам или величинам, функционально связанным с влажностью. К ним относятся электрофизические методы, основанные на таких свойствах материалов, как диэлектрическая проницаемость, электропроводность и т. п.
При утилизации навозных стоков необходимо измерять содержание кислорода и показатель рН, характеризующий концентрацию ионов водорода в растворах и суспензиях.

Состав и свойства жидких сред определяют специальными приборами: солемерами, концентратомерами, рH-метрами, кислородомерами и др.

Солемеры.

Их действие основано на зависимости электропроводности измеряемой среды от концентрации солей в растворе. Солесодержание определяют кондуктометрическим способом, замеряя сопротивление электролитической ячейки, заполненной контролируемым раствором. Ячейка включается в плечо равновесного моста переменного тока. Концентрацию поваренной соли в корме определяют с помощью концентратомера (солемера) КСМ-01. В комплект прибора входит ПИП, вторичный преобразователь и блок питания. ПИП выполнен в виде стержня из нержавеющей стали с пластмассовым наконечником, в который вмонтированы два цилиндрических электрода (чувствительные элементы) с терморезистором, который обеспечивает температурную компенсацию и позволяет измерять температуру корма.

Потенциометрические анализаторы (рН-метры).

При производстве молочно-кислых продуктов или хранении молока важным показателем является кислотность.
При подготовке воды, поступающей в теплоэнергетические установки, необходимо измерять не только концентрацию солей, но и кислотность или щелочность. Кислотность или щелочность растворов измеряют специальными приборами рH-метрами. Кислотность раствора обычно выражают через концентрацию водородных ионов, обозначая эту величину рН. Водородный показатель рН для химически чистой воды при температуре 22° С равен 7. Увеличение рН означает повышение щелочности раствора. Если рН становится меньше 7, то это означает, что кислотность раствора возрастает.
Первичные измерительные преобразователи рН-метров представляют собой специальные электроды, в которых создается электродвижущая сила, пропорциональная активности ионов водорода в растворах. Э.д.с. измеряется приборами и по ее значению определяют рН.
Активный электрод 2 рН-метра имеет шарик 1 из специального стекла, заполненный раствором, рН которого известна. При погружении электрода в испытуемый раствор между поверхностью стекла и раствором происходит обмен ионами, что приводит к возникновению потенциала, величина которого определяется активной концентрацией ионов водорода. Второй электрод 4 представляет собой электролитический ключ - трубку 5, заполненную насыщенным раствором хлористого калия, который непрерывно протекает через пористую перегородку 6 (10-30 мл/сут). При этом создается четкая граница между контролируемым раствором и раствором хлористого калия. Измерительный ток на своем пути должен проходить через стенки стеклянного преобразователя, его сила чрезвычайно мала. Э.д.с. электрода в выходной сигнал преобразуется с помощью миллиамперметра, шкала которого проградуирована в рН. Например, рН-метр марки рН-222.1 для контроля кислотности молока и кисло-молочных продуктов имеет предел измерений 0-8 рН, а прибор рН-201 для контроля воды в котельных - 4-14 рН.

Измерения плотности.

Одним из основных показателей качества жидких продуктов и используемых в народном хозяйстве жидкостей является их плотность . Под плотностью вещества р понимается физическая величина, определяемая отношением массы вещества к его объему, то есть ρ = т/V, (кг/м3). Диапазон значений плотности жидкостей применяемых в народном хозяйстве, составляет 650-2000 кг/м3.
Плотность вещества существенно зависит от температуры и давления окружающей среды. С увеличением температуры плотность вещества, как правило, уменьшается. Это явление объясняется увеличение объема тела вследствие теплового расширения. Исключение составляет вода. Ее плотность имеет максимум при t = 3,98°С и уменьшается как с повышением, так и с понижением температуры.

Применяются методы измерений плотности: ареометрический, циклометрический и метод гидростатического взвешивания. В последнее время успешно развиваются автоматические методы: вибрационные, ультразвуковые, радиоизотопные, гидростатические и др . Автоматические плотномеры используются в качестве рабочих средств измерений и применяются преимущественно в технологических процессах.
Наиболее распространенными средствами измерений плотности являются ареометры, так как они просты и удобны в обращении.
Современные ареометры выпускаются по ГОСТ 18481-81 „Ареометры и цилиндры стеклянные. Технические условия", регламентирующий их форму (колба 3), типы, основные параметры и размеры.
При первичной поверке ареометров, при выпуске их из производства необходимо следить за состоянием груза 1 и связующего вещества - смолки 2. От их положения может смещаться центр тяжести ареометра, вследствие чего свободно плавающий ареометр может отклоняться от вертикального положения Допустимое ГОСТ 18481-81 отклонение ареометра от вертикали не должно вызывать разности показаний при отсчетах по концам одной и той же отметки по отношению к уровню жидкости более 0,1 цены деления шкалы 4. Наличие в ареометрах незакрепленного балласта или связующего вещества, а также разрывов между ними, приводит к появлению погрешности показаний.
Психрометры применяют для автоматического измерения влажности газов. Два термометра, один из которых обернут влажной материей, будут иметь разные показания. Это явление объясняется тем, что при испарении влаги затрачивается энергия, и температура влажного предмета становится ниже. Кроме того, испарение идет тем интенсивнее, чем ниже влажность окружающей среды (больше ее влагопоглощающая способность). Следовательно, разница в показаниях сухого и мокрого термометров будет тем больше, чем ниже влажность в измеряемой точке.

Буйковый плотномер.

Принцип действия основан на законе Архимеда. Конструкция чувствительных элементов таких плотномеров аналогична конструкции буйковых уровнемеров, буек которых полностью погружен в жидкость (затоплен). В этом случае на тягу со стороны буйка будет действовать сила F.
Измеряя изменение силы F, измеряют пропорциональное изменение плотности жидкости.

Концентратомер.

Принцип действия основан на измерении электропроводности растворов.

Популярное