3342 АНАЛИТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ И ПРИБОРЫ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ

  1. 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

 

Анализатор. Под общим понятием анализатор мы подразумеваем автоматически или полуавтоматически действующее измерительное устройство, которое указывает количественно и качественно состав анализируемого вещества на основе параметров, характеризующих его физические или физико-химические свойства.

Действие анализатора может быть непрерывным или периодическим. Отбор проб также может быть непрерывным или периодическим, ручным или автоматическим. Результат анализа указывается по шкале или регистрируется, а критические значения могут сигнализироваться.

Типичными анализаторами являются, например, приборы, основанные на измерении поглощения излучения, теплопроводности, магнитной восприимчивости и т.п. К анализаторам можно отнести автоматически действующие вискозиметры, плотномеры, рефрактометры и т.п., поскольку их показания характеризуют состав веществ.

Автоматический анализатор относится к числу устройств, которые действуют полностью автоматически, начиная с отбора пробы и кончая выходным сигналом. Эти приборы могут служить в качестве элементов автоматических регулирующих систем или сигнализирующих устройств, так называемых сигнализаторов.

Автоматические анализаторы по своим размерам и массе обычно представляют собой стационарные устройства. Для своего функционирования они требуют, за очень редкими исключениями, подвода вспомогательной энергии, чаще всего электрической. В большинстве случаев они работают непрерывно.

Полуавтоматический   анализатор является   более   низкой   ступенью автоматическою анализатора. Полуавтоматический анализатор в своей работе обычно   предполагает наличие ручных операций, которые состоят либо в периодической подаче анализируемой пробы, либо в дополнительной обработке результатов анализа. Приборы такого типа не могут применяться в качестве элементов автоматических регулирующих систем. Полуавтоматическим анализатором является, например, хроматограф с ручным дозированием пробы, без интегратора.

Индикатор является разновидностью полуавтоматического анализатора. Обычно он работает периодически и, как правило, требует ручного обслуживания. Часто он выполняется как переносной прибор.

Пробы в большинстве случаев отбираются вручную, а результат анализа не регистрируется. Он может быть либо указан по шкале, либо должен отсчитываться с помощью графиков или других вспомогательных шкал.

Требования к точности индикатора бывают ниже, чем у анализатора, и главное значение придается скорее качественной стороне анализа, чем его количественной оценке. Важное значение имеют, прежде всего, скорость и простота определения, использование наиболее дешевого и легкого переносного устройства с простым обслуживанием.

К индикаторам мы относим переносные приборы, такие, например, как приборы для поиска нарушений герметичности в различных устройствах, приборы для контроля концентрации токсических или взрывоопасных веществ в атмосфере, основанные на самых разнообразных принципах. К индикаторам мы относим и так называемые индикаторные патроны.

Наряду с названием индикатор применяется также обозначение детектор. Однако под понятием детектор мы чаще подразумеваем собственно измерительное устройство - чувствительный элемент анализатора.

Мы можем классифицировать анализаторы по различным признакам; каждая из этих классификаций имеет свои преимущества и недостатки.

Самым простым является деление анализаторов по физическому (агрегатному) состоянию анализируемого вещества (анализируемой фазы).

В   соответствии   с   этим   различают   газоанализаторы,   анализаторы (концентратомеры) жидкостей, анализаторы твердых веществ.

Газоанализаторы образуют самую многочисленную группу автоматических анализаторов. Количество используемых принципов и методов здесь намного больше, чем у приборов других групп.

Анализаторы жидкостей (концентратомеры)  имеют очень широкое применение, но существующие типы приборов не удовлетворяют всем требованиям промышленности. Конструктивно эти приборы сложнее, чем газоанализаторы. В некоторых случаях это - сложные автоматы, часто подражающие действиям аналитика в лаборатории. В целях упрощения конструкций количество операций, как правило, приходится ограничивать, что, однако, не должно осуществляться за счет точности анализа.

Анализаторы твердых веществ (в частности, сыпучих) до настоящего времени являются наименее разработанными приборами. Практически они находятся на начальной стадии своего развития. Наибольшие трудности представляют автоматический отбор представительной (средней) пробы и ее дальнейшая обработка при минимальном запаздывании в выдаче результата анализа. Во многих случаях известными на сегодня методами и техникой еще не удается получить удовлетворительного решения.

С развитием измерительной техники и автоматизации необходимо уделить особое внимание pазработке этой группы анализаторов.

По числу определяемых компонентов анализаторы можно разделить на одно- и многокомпонентные.

Однокомпонентные анализаторы - это приборы, которые определяют одну составляющую анализируемого вещества. К ним относится подавляющее большинство анализаторов и индикаторов.

Многокомпонентные анализаторы - это прежде всего хроматографы и масс-спектрометры. Другие приборы, например дисперсионные и бездисперсионные инфракрасные анализаторы, тоже можно оформить так, чтобы они обеспечивали определение нескольких компонентов анализируемой смеси.

Согласно принципу действия анализаторы можно разделить на две группы.

Анализаторы, основанные на физических принципах, - это приборы, измеряющие некоторую физическую величину, зависимость которой от химического состава анализируемого вещества точно определена.

Важным свойством этих анализаторов является то, что при измерении не происходит ни количественных, ни качественных изменений анализируемой смеси. Их преимуществом, как правило, является малая постоянная времени, поскольку эти приборы не требуют введения вспомогательного реагента (газа или раствора).

Определенным недостатком физических анализаторов бывает зависимость значений физических величин от давления, температуры и концентрации сопутствующих компонентов.

Из физических величин для анализа веществ используются измерения плотности, коэффициента преломления, вязкости, теплопроводности, магнитной восприимчивости, поглощения, различных излучений и т.д.

Анализаторы, основанные на физико-химических принципах. Действие этих анализаторов основано на контроле физических явлений, сопровождающих химическую реакцию, в которой определяемое вещество либо участвует само, либо на которую оно оказывает существенное влияние. В некоторых случаях анализируемая смесь сама содержит достаточное количество вещества, необходимого для реакции с определяемым веществом, а иногда к анализируемой смеси приходится добавлять вспомогательное вещество в газовой или жидкой фазе.

Запаздывание в показаниях (постоянная времени) у физико-химических анализаторов больше, чем у приборов, основанных на физических принципах.

К физико-химическим анализаторам относятся, например, приборы, основанные на измерении теплоты реакции, некоторые электрохимические анализаторы и т.п.

 

  1. 2. КОНСТРУКТИВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К АНАЛИЗАТОРАМ

И ВЫБОР ТИПА АНАЛИЗАТОРА

 

Применение анализаторов в медицине и экологии преследует цель получения объективных и точных результатов измерения. Поэтому к рабочим характеристикам анализаторов обычно предъявляются высокие требования.

Развитие и производство анализаторов должно учитывать необходимость наиболее широкого применения этих приборов в самых разнообразных рабочих условиях. Выполнить требования универсальности анализаторов весьма трудно. Как правило, каждый тип анализатора предназначается только для данного вещества, определенного диапазона измерения и данных рабочих условий.

Требования, предъявляемые к анализатору, являются отчасти общими и отчасти конструктивными.

 

Общие требования

 

 

Разработка отдельных типов анализаторов должна иметь целью выполнение следующих требований:

• максимально возможная надежность приборов в работе;

• минимум расходов на их эксплуатацию;

• большой срок службы;

• возможно более широкое применение;

• минимальная стоимость;

• подходящая постоянная времени;

• наличие выходного сигнала для системы автоматического регулирования.

 

Конструктивные требования

 

Конструкция анализатора определяется характером среды, в которой ему придется работать. С этой точки зрения различают следующие исполнения анализаторов:

1) обычное;

2) взрывозащищенное;

3) для работы в условиях агрессивных или запыленных сред;

4) вибро- и тряскопрочное.

Обычные анализаторы сконструированы для невзрывоопасных условий работы. Специальные требования к исполнению, естественно, повышают стоимость прибора.

При проектировании анализаторов должны учитываться все обстоятельства, которые могли бы неблагоприятно отразиться на четкости их работы.

При этом необходимо придерживаться следующих основных правил:

1. Приборы не должны иметь более широкого диапазона измерения, чем это действительно необходимо для конкретной задачи.

2. Чувствительность прибора должна быть такой, какая оправдывается потребностями контроля. Слишком чувствительные приборы, как правило, являются очень сложными в эксплуатации, более дорогими и требуют более квалифицированного обслуживания.

3. В течение длительного времени должна сохраняться точность прибора.

4. Анализатор должен быть спроектирован так, чтобы в процессе эксплуатации его можно было переградуировать.

5. Анализаторы, являющиеся датчиками и измерительными преобразователями, должны обладать минимальной постоянной времени и унифицированным выходным сигналом.

6. Приборы должны быть относительно простыми, чтобы их обслуживание не требовало высокой квалификации работников.

У индикаторов важным требованием является скорость измерения. Большой скорости измерения с меньшей точностью обычно отдают предпочтение перед измерением более точным, но и более длительным.

 

3. ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АНАЛИЗАТОРОВ

 

Анализаторы предназначены для измерения величин, которые обычно меняются во времени. Практически ни один из этих приборов не может совсем без запаздываний следить за изменением измеряемой величины, поэтому необходимо знать так называемые динамические характеристики анализаторов. Эти характеристики определяют изменение во времени показаний анализатора при изменениях измеряемой величины.

Междy моментом отбора пробы и моментом, когда показание анализатора достигнет практически конечного (установившегося) значения, всегда проходит определенное время.

Общее запаздывание в показаниях анализатора складывается из транспортного запаздывания и собственного запаздывания анализатора.

На практике общее запаздывание анализатора может колебаться в очень больших пределах (от нескольких секунд до десятков минут).

 

 



 
весы со съемной чашей