Средства для измерения рН

Наиболее перспективными для измерения рН являются рН -метры компенсационного типа (рис. 3.5). Измеряемая ЭДС сравнивается с напряжением U _вых = RI _вых. На вход усилителя поступает напряжение U _вх = Е_х – U _вых или Е_х = U _вх + U _вых = U _вых(1 + U _вх/ U _вых) = U _вых(1 + 1/ K _u). При большом К _u величина Е_х практически равна U _вых . Измерив ток выхода, при известном сопротивлении R можно найти Е_х, а значит и рН.

К усилителю предъявляются особые требования. Во-первых, он должен иметь очень большое входное сопротивление (около 1000 МОм). Это объясняется тем, что сопротивления стеклянных электродов весьма велики (более 100 МОм). Во-вторых, ЭДС электродной системы очень маленькая и представляет собой сигнал постоянного тока. Поэтому усилитель должен иметь очень маленький дрейф нуля. Для этой цели применяют усилители с преобразованием постоянного тока в переменный (типа М-ДМ). В качестве преобразователей применяют вибропреобразователи и бесконтактные модуляторы и демодуляторы. На рис. 3.6 показан усилитель для рН -метра с контактным преобразователем и измерительным ламповым триодом.

Контактный преобразователь приводится в вибрационное движение с помощью электромагнита переменного тока. В верхнем положении контакта конденсатор С2 заряжается от электродной ЭДС, а в нижнем – разряжается через резистор R1. Таким образом, сигнал постоянного тока превращается в переменный. На выходе (в анодной цепи) включен измерительный прибор переменного тока.

Сейчас лампы вытеснены полупроводниковыми приборами. Например, промышленность выпускает серийный усилитель с преобразованием (типа М-ДМ) типа К140УД13. Основу этого устройства составляют дифференциальный усилитель и модулятор-демодулятор на полевых (МОП) транзисторах, что обеспечивает очень большое (> 1000 МОм) входное сопротивление. На рис. 3.7 приведена схема бездрейфового усилителя, выполненного на этой микросхеме.

Управляющий генератор УГ синхронно переключает ключи S1, S2 модулятора и S3 демодулятора. Сигнал постоянного тока превращается в переменный благодаря перекрестному подключению «неподвижных» контактов ключей S1, S2 к входным зажимам. Частота генератора задается емкостью С_Г (обычно 1000 пф, 1000 Гц). Дифференциальный усилитель ДУ имеет небольшой коэффициент усиления (10 – 40). Дрейф нуля исключается благодаря разделительному конденсатору С_Р.

При конструировании промышленных и лабораторных рН -метров необходимо предусмотреть компенсацию изопотенциальной линии и температурную компенсацию. Для первой компенсации применяют источники смещения, а для второй – температурные датчики, помещаемые в исследуемый раствор и включаемые в цепь обратной связи. На рис. 3.8 приведена схема, в которой для компенсации изопотенциальной линии (Е _и) применена ЭДС смещения Е ₁ и потенциометр R _П, а для температурной компенсации – терморезистор R _t. С выходным напряжением сравнивается сигнал

, (3.2)

где U _комп = Е _и, t _р – температура раствора, q (t _р) – крутизна харктеристики; R _t – терморезистор, сопротивление которого изменяется по тому же закону, что и крутизна:

.

Так как , то, подставляя значения Е_х и R _t в (3.2), получим

, откуда или

. (3.3)

Таким образом, в высокоомном преобразователе с автоматической температурной компенсацией выходной ток независимо от температуры раствора пропорционален значению рН контролируемого раствора.

Из промышленных и лабораторных рН -метров можно назвать приборы ПИ-68, ЛПУ-01, рН-637. Приборы ПИ-68 и ЛПУ-01 – ламповые, а рН-637 – полностью полупроводниковый. Прибор ЛПУ-01 имеет следующие параметры:

чувствительность ед. рН 0,01;

сопротивление стеклянногоэлектрода, Мом 0 – 1000;

сопротивление вспомогательного электрода, кОм 0 – 20;

координаты изопотенциальной точки,ед. рН 2 – 6,

мВ 20 – 200.

В медицинских лабораториях и отделениях реанимации производится оценка кислотно-щелочного состояния крови. Так, известны аппараты типа ABL-500 ABL-500, ABL-510, ABL-520 фирмы RADIOMETER (Дания). Аппарат ABL-500 измеряет рН крови, определяет концентрацию О₂ и СО₂ крови. Величина рН крови определяется с помощью стеклянного электрода, а концентрация О₂ и СО₂ определяется путем измерения рО ₂ и рСО ₂. При этом рО ₂ и рСО ₂ измеряются с мощью тех же стеклянных электродов, на которые надеваются специальные мембраны, пропускающие только ионы кислорода или углерода. Аппараты ABL-510 и ABL-520, кроме того, могут определять концентрацию гемоглобина, насыщение крови кислородом и др. Требуемая проба крови – 85 мкл (для рН – 35 мкл). Все аппараты ABL имеют встроенную микроЭВМ. Программное обеспечение поставляется и вводится на дискете.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: