Материал: Экологический мониторинг. Газоанализаторы для контроля загрязнения атмосферного воздуха (90

Определение концентрации суммы углеводородов ∑СН, метана СН4 и суммы углеводородов за вычетом метана ∑СН – СН4 можно пояснить, используя упрощенную структурную схему

(рис. 7).

Рис. 7. Принципиальная схема работы газоанализатора для анализа CH и метана

Для работы пламенно-ионизационных датчиков необходимы три газовых потока: анализируемый воздух, водород и воздух для горения. Анализируемый атмосферный воздух и воздух для горения поступают в ПИД из окружающей атмосферы с помощью побудителя расхода 1. Этот поток воздуха с помощью коммутирующих устройств делится на два потока. Далее один из них поступает в ПИД 2, который формирует сигнал, пропорциональный ∑CH. Второй поток проходит через каталитический окислитель 6, где все углеводороды (кроме метана) окисляются и поступают в ПИД 7, в котором формируется сигнал о содержании СН4 в анализируемом воздухе.

Токовые сигналы с ПИД 2, 7 поступают на электрометрические измерительные преобразователи 3, 8, которые усиливают и преобразуют их в унифицированные сигналы 0 ... 1 В. Далее оба сигнала подаются на устройство коррекции 4, которое осуществляет вычитание сигналов (∑СН – СН4). С устройства коррекции 4 на регистрирующий прибор 5 поступают три сигнала, пропорциональные значениям: ∑СН, СН4 и ΣСН – СН4. Прибор 5 одновременно регистрирует три значения: ∑СН, СН4 и ∑СН – СН4.

21

7. Оптико-абсорбционные газоанализаторы

Принцип действия оптико-абсорбционных газоанализаторов основан на измерении поглощения инфракрасного излучения, степень поглощения которого зависит от концентрации анализируемого компонента в газовой фазе. Каждому газу присуща своя область длин волн поглощения. Это обусловливает возможность избирательного анализа газов. Сущность метода заключается в следующем: если поочередно (путем обтюрации) пропускать поток монохроматического ИК-излучения (прошедший через определенный интерфереционный фильтр) через кювету с анализируемой смесью и без нее, то на приемнике ИК-излучения будет регистрироваться переменный сигнал, который несет информацию о количестве поглощенной энергии анализируемым газом, а следовательно, о концентрации анализируемого газа.

Рис. 8. Принципиальная схема оптико-абсорбционного газоанализатора

22

На рис. 8 представлена блок-схема газоанализатора I 121ФА01. Он состоит из излучателя, создающего поток ИКэнергии, который попадает в кювету 2, имеющую два канала (измерительный и сравнительный); обтюратора 3, вращающегося от электродвигателя 12; интерференционного фильтра 4 определенной длины волны; фланца 5 с приемником ИК-излучения 6; предварительного усилителя 7; блока вторичной обработки информации 9, сигнал с которого поступает на показывающий прибор 8; блока питания с преобразователем напряжения 10 и оптоэлектронных пар, фиксирующих положение обтюратора.

8.Лазерные газоанализаторы

Впоследнее время при разработке газоанализаторов среди оптических методов большое внимание привлекают современные методы с использованием лазеров, обладающих уникальными характеристиками.

Для анализа загрязнения воздуха используется средняя инфракрасная область спектра, где сосредоточены основные колебательные полосы подавляющего большинства молекул. Видимая и ультрафиолетовая области в этом отношении менее информативны.

Восновном на рынке представлены зарубежные лазерные газоанализаторы. Отечественная наука направлена на разработку приборов с использованием перестраиваемого (примерно по 80

длинам волн) СО2 – лазера (с узлом перестройки длины волны на базе дифракционной решетки), что делает возможным проведение анализа большого количества загрязнителей атмосферы (более 100 газов).

Влазерных газоанализаторах в основном используют оптикоакустический и прямой абсорбционный методы, которые были разобраны выше с обычными источниками инфракрасного излучения.

Лазерные газоанализаторы, оснащенные микропроцессорной системой управления и ПЭВМ со специальным программным обеспечением, обладают высокой степенью оперативности. Время анализа многокомпонентной (с числом компонентов до 10) смеси около 1 мин.

23

9. Измерение концентрации вредных веществ индикаторными трубками

Концентрацию вредных химических веществ в воздухе можно быстро установить экспрессным методом с помощью индикаторных трубок (ТИ).

Основными преимуществами при измерениях с применением индикаторных трубок являются:

•быстрота проведения анализа и получение результатов непосредственно на месте отбора пробы воздуха;

•простота метода и аппаратуры, что позволяет проводить анализ лицам, не имеющим специальной подготовки;

•малый вес и габариты, а также низкая стоимость аппаратуры;

•достаточная чувствительность и точность анализа (погрешность не более 25 % с учетом влияния неконтролируемых факторов в сравнительно широких диапазонах температуры, давления

ивлажности воздуха);

•удобство при подготовке и выполнении измерений, в частности, не требуется регулировка и настройка аппаратуры перед проведением анализов;

•не требуются источники электрической и тепловой энергии

ит. п.

Указанные преимущества способствовали широкому внедрению индикаторных трубок для контроля вредных веществ в воздухе и газовых средах в различные области хозяйственной деятельности – эксплуатацию энергетических, технологических, судовых машин и установок; санитарно-химический и специальный контроль, контроль газовых выбросов и т. п.

Устройство и принцип действия

Индикаторная трубка представляет собой герметично запаянную стеклянную трубку, заполненную твердым носителем, пропитанным определенным реактивом. Для каждого анализируемого вещества подбирается свой реактив. Реактивами могут служить только такие соединения, которые при быстром взаимо-

24

действии с анализируемым веществом образуют ярко окрашенные продукты реакции. Положение наполнителя (индикаторного порошка) в индикаторной трубке фиксируется воздухопроницаемыми прокладками. Индикаторные трубки герметизируют обычно запаиванием. Общий вид индикаторных трубок представлен на рис. 9.

Рис. 9. Общий вид индикаторных трубок

Концентрацию вредного вещества определяют по изменению интенсивности окраски (колориметрические индикаторные трубки) или длины окрашенного индикаторного порошка (линейноколористические индикаторные трубки) при прокачивании через индикаторную трубку анализируемого воздуха. В отечественной практике наиболее широкое распространение получил линейноколористический метод анализа.

Сущность метода заключается в изменении окраски индикаторного порошка в результате реакции с анализируемым веществом, находящемся в воздухе, пропускаемом через трубку. Длина изменившего первоначальную окраску слоя индикаторного порошка пропорциональна концентрации анализируемого вещества

(рис. 10).

25