6.3.4 Определение нитратов в воде
Общий вид нитратомера представлен на рисунке 1. Нитратомер состоит из преобразователя (1), электродной системы (3), штатива (4) для крепления электродов и термокомпенсатора (2). Общий вид преобразователя показан на рисунке 6.1.
1 – Цифровой дисплей
2 – Кнопки управления
3 – Разъем для подключения измерительного электрода
4 – Гнездо для подключения электрода сравнения
5 – Разъем для подключения термокомпенсатора
6 – Крышка отсека для размещения автономного источника питания
7 – Блок сетевого питания
Рисунок 6.1 – Преобразователь измерительный
Преобразователь обеспечивает работу с электродными системами, для которых координаты изопотенциальной точки не нормируются (в режиме рХ). Измеряемая величина Е и рХ связаны следующей зависимостью:
E = E0 + S·pX, (6.2)
где Е – ЭДС электродной системы, мВ;
Е0 – значение ЭДС электродной системы в начальной точке диапазона измерения (в пределах от 0,0 до 999,0 мВ), мВ;
S – значение крутизны электродной системы, мВ/рХ.
В преобразователе предусмотрено преобразование измеряемой величины из единиц активности ионов в единицы концентрации.
Результат измерений Сх в единицах концентрации определяется в зависимости от выбранной системы пересчета.
Сх = μ·М·10–рХ·К, (6.3)
где Сх – массовая концентрация, г/кг;
рХ – значение pN03;
М – молярная масса иона, г/моль;
К – коэффициент активности, зависит от вида анализируемого иона. При измерениях нитратомером К имеет значение близкое к 1 и принимается равным 1;
μ – коэффициент, зависящий от выбранной системы пересчета.
Преобразователь обеспечивает индикацию показаний в режиме Сх с точностью ± 5 % от значения рХ, выводимого на дисплей.
В основу работы нитратомера положен потенциометрический метод измерения.
Измеряя ЭДС (Е) (условное обозначение измеряемой величины на индикаторе – mV) электродной системы можно определить активность ионов NO3– (условное обозначение измеряемой величины на индикаторе – рХ) и их массовую концентрацию (условное обозначение измеряемой величины на индикаторе – pg/kg, mg/kg, g/kg).
Для измерения Е используется электродная система, которая состоит из измерительного электрода и электрода сравнения. Электродная система, при погружении в контролируемый раствор, развивает Е, в общем случае линейно, зависящую от рХ.
Электрод сравнения обеспечивает стабильный электрический контакт электродной системы с общим проводом измерительного входа нитратомера.
В общем случае, измеряемая величина Е и рХ связаны следующей зависимостью:
, (6.4)
, (6.5)
где рХ – величина рХ анализируемого раствора, рХ. Рассчитывается по формуле (6.3) и выводится на дисплей в качестве результата;
Е – измеряемая величина ЭДС электродной пары, помещенной в анализируемый раствор, мВ;
t – температура анализируемого раствора, ºС;
рХи – координата изопотенциальной точки электрода, рХ;
Еи – координата изопотенциальной точки электрода, мВ;
St теор – теоретическая крутизна электродной системы, которая может быть рассчитана для температуры анализируемого раствора по формуле (6.4), мВ/рХ;
Ks – поправочный коэффициент, учитывающий отклонение реальной величины крутизны от теоретического значения;
n – заряд иона, для NO3– равен -1.
Примечание. Точка, в которой ЭДС электрода не зависит от температуры, называется изопотенциальной. Величины Еи и рХи называются координатами изопотенциальной точки. В связи с тем, что для нитратных измерительных электродов, координаты изопотенциальной точки (Еи, рХи) находятся далеко за пределами рабочей зоны, в нитратомере применен способ определения рХ по зависимости Е электродной системы от рХ реальных настроечных растворов и не применяется автоматическая термокомпенсация.
Дли компенсации возможной нелинейности зависимости Е = f(рХ), применен способ настройки по трем точкам с использованием метода математической аппроксимации нелинейности реальных электродов, что позволяет повысить точность измерений и продлить срок службы электродов без потери точности измерений.
Результат измерений Сх в единицах концентрации определяется по зависимости от измеряемой активности, оговоренной в формуле (2).