4. Фотоколориметрические газоанализаторы

Фотоколориметрические жидкостные и ленточные газоанализаторы применяют для определения микроконцентраций газов, вступающих в цветную реакцию со специально подобранным реактивом. Колориметрический метод позволяет определять концентрацию растворенного вещества по интенсивности окраски раствора. Физической основой служит закон Бугера—Ламберта—Бера. Концентрация окрашенных компонентов (или масса прореагировавшего газа) , где — оптическая плотность; — коэффициент поглощения;l — длина кюветы.

В автоматических приборах используют дифференциальные схемы, обычно с двумя фоторезисторами или фотоэлементами. Газоанализаторы, в которых концентрацию растворенного вещества определяют по интенсивности окраски, могут быть выполнены с периодической и непрерывной подачей раствора и газа. Более эффективна периодическая подача абсорбента и газа равными порциями через равные промежутки времени.

Фотоколориметрический метод анализа обладает высокими чувствительностью и избирательностью. Высокая чувствительность метода объясняется возможностью накапливания анализируемого компонента в растворе или на индикаторной ленте. Высокая избирательность метода определяется специфичностью химической реакции между анализируемым компонентом и реактивом (индикатором). Благодаря указанным преимуществам фото-колометрический метод широко применяют для анализа чистоты воздуха производственных помещений.

На рис. 5 приведена схема фотоколометрического газоанализатора с периодической подачей раствора и газа. Датчик имеет два оптических канала: рабочий и сравнительный, в которых установлены рабочая 4 и сравнительная 12 кюветы. Абсорбирующий раствор из бака 15 прокачивается насосом через сравнительную кювету в дозатор 6. Дозатор снабжен переливной трубкой 7, по которой излишки раствора сливаются обратно в бак. Через равные промежутки времени, устанавливаемые командным реле, срабатывает электромагнитный клапан 3, выпускающий отработанный раствор из кюветы 4 в бак, где раствор регенерируется. После опорожнения кюветы срабатывают клапаны 5 и 8, которыми дозатор отключается от подающей раствор трубы и одновременно соединяется с кюветой 4, подавая в нее отмеренный объем раствора. Затем клапаны 5 и 8 возвращаются в начальное положение для наполнения дозатора новым раствором. В кювете 4, где через поданную порцию раствора барботирует исследуемый газ, происходит цветная реакция. После выдержки в течение определенного времени командное реле открывает клапан 3 и начинается следующий цикл. Через обе кюветы проходит световой поток от осветительной лампы 2 через линзы 1. За кюветами расположены фотоэлементы 9 и 14, воспринимающие световые потоки после прохождения их через раствор в кюветах. Фотоэлементы дифференциально включены на вход электронного усилителя 10, усиливающего разностный сигнал двух фотоэлементов. Усиленный сигнал поступает на управляющую обмотку реверсивного двигателя 11, перемещающего в нужном направлении компенсирующий оптический клин 13 в оптическом канале кюветы 12 до тех пор, пока оба фотоэлемента не получат одинаковую освещенность. Величина перемещения оптического клина и связанного с ним указателя прибора является мерой концентрации определяемого компонента в исследуемом газе.

Рис. 5. Схема фотоколориметрического газоанализатора с периодической подачей раствора и газа

В фотоколометрических газоанализаторах с непрерывной подачей потоки газа и раствора взаимодействуют в проточном абсорбере, а разность оптических плотностей раствора в рабочей и сравнительной кюветах измеряется также компенсационным методом с оптической компенсацией. Газоанализаторы с непрерывной подачей раствора и газа при одинаковом с периодическим способом подачи запаздывании имеют меньшую чувствительность.

Для ленточных фотоколометрических газоанализаторов характерен весьма малый расход рабочего раствора и связанная с этим легкость достижения высокой чувствительности, так как отношение реагирующих количеств газа и раствора может быть очень большим. Однако из-за неоднородности поверхности ленты и некоторых других факторов погрешность ленточных фотоколометрических газоанализаторов выше погрешностей жидкостных фотоколометрических газоанализаторов.

На рис. 6 дана измерительная схема универсального ленточного газоанализатора. Действие газоанализатора основано на сравнении светового потока, отраженного от окрашенного в результате химической реакции пятна на ленте, с эталонным световым потоком. При выявлении возможности применения газоанализатора для различных газов определяющим является подбор индикаторного раствора, вызывающего цветную реакцию при взаимодействии с анализируемым компонентом. Рабочий фотоэлемент 1 освещается световым потоком, отраженным от пятна на ленте, а сравнительный фотоэлемент 4 освещается лампой накаливания 2. Световые потоки уравниваются диафрагмой 3, установленной в сравнительном световом канале. Фотоэлементы подключены к сеткам лампы катодного повторителя 5. При отсутствии в смеси газа определяемого компонента световые потоки равны; равны и силы токов фотоэлементов. Сетки лампы катодного повторителя находятся в одинаковых условиях; напряжение на входе электронного усилителя 6 равно нулю. При окраске ленты (наличие определенного компонента в газовой смеси) равновесие фотоэлектрической схемы нарушается; на входе электронного усилителя возникает напряжение, которое после усиления подается на реверсивный двигатель 7. Двигатель перемещает движок реохорда до момента восстановления равновесия.

Рис. 6. Измерительная схема ленточного фотоколориметрического газоанализатора

Специальный программный механизм автоматически наносит индикаторный состав на ленту, перемещает ее, подает анализируемый газ и включает измерительную схему. В приборе предусмотрена возможность регулирования продолжительности цикла работы в зависимости от скорости реакции на ленте.

Фотоколометрические газоанализаторы предназначены для измерения микроконцентраций различных газов (H₂S, SO₂, NH₃, Cl₂, NO, NO₂ и т. п.), вступающих в цветную реакцию с раствором.