Принцип работы анализаторов

1.4.1.1. Ионометрические измерения

Измерение величины рХ (рН) и концентрации С ионов в водных растворах производится потенциометрическим методом при помощи ионоселективных электродов. Метод заключается в измерении разности потенциалов (э.д.с.) измерительного электрода и электрода сравнения в растворе.

Зависимость э.д.с. электродной системы от измеряемой активности определяемого иона без применения термокомпенсации описывается уравнением Нернста:

E = E₀ + S · рХ, (1)

где: Е - разность потенциалов между измерительным и вспомогательным электродами (э.д.с.), мВ;

Е₀ - значение э.д.с. электродной системы в начальной точке диапазона измерений, мВ;

S - угловой коэффициент наклона электродной функции (крутизна), величина которого зависит от температуры раствора (теоретическое значение при 20 ⁰С равно 58,16 мВ/pX для однозарядных ионов)

рХ = -lg a, (2)

где: а - активность или эффективная концентрация свободных ионов в растворе, связанная с концентрацией соотношением:

a = kC, (3)

где: С - молярная концентрация, k - коэффициент активности.

Постоянство коэффициента активности (k) достигается при поддержании одинаковой ионной силы в анализируемых и калибровочных растворах путем добавления фонового электролита. Угловой коэффициент (S) остается постоянным, если не меняется температура.

Таким образом при постоянных ионной силе раствора и температуре можно получить линейную зависимость э.д.с. электродной системы от концентрации определяемого иона в широком диапазоне концентраций без термокомпенсации в соответствии с уравнением (1).

Зависимость э.д.с. электродной системы от измеряемой активности при использовании режима термокомпенсации выражается уравнением:

E = E_и + S_{t теор} (pX - pX_и) (4)

где E – э.д.с. электродной системы, погруженной в исследуемый раствор, мВ;

pX – отрицательный десятичный логарифм активности иона в исследуемом растворе;

E_и, pX_и – координаты изопотенциальной точки электродной системы;

S_{t теор} – значение коэффициента наклона (крутизны) электродной системы при данной температуре, мВ/рХ, определяемое по следующему уравнению:

S_{t теор} = a (273,16 +t)/n, (5)

где a – температурный коэффициент крутизны, равный 0,1984;

– температура исследуемого раствора, ⁰С;

n – заряд иона.

Данный вид электродной функции (уравнение 4) характерен для электродов с нормируемыми координатами изопотенциальной точки (например, рН-электроды). При работе с такими электродами в режиме термокомпенсации значения координат изопотенциальной точки вводятся в процессе калибровки прибора.

В основу работы анализаторов положен метод построения градуировочного графика зависимости э.д.с. электродной системы от концентрации градуировочных (стандартных) растворов с известной концентрацией и последующего нахождения концентрации анализируемого раствора по измеренному в нем значению э.д.с. электродной системы.

Градуировочный график строится микропроцессором ИП автоматически на основе введенных в него значений э.д.с. электродной системы и соответствующих им значений рХ при калибровке иономера в стандартных растворах (двух и более). Значение рХ в анализируемом растворе находится автоматически с использованием градуировочного графика по измеренному значению э.д.с. электродной системы (Е).

Поскольку рХ = -lgC, значение молярной концентрации автоматически рассчитывается по уравнению:

С = 10^-рх, (6)

где С - концентрация, моль/дм³.

Значение массовой концентрации иона также рассчитывается автоматически, исходя из уравнения:

С = М·10^-рХ, (7)

где С - концентрация, г/дм³

М - молярная масса иона, г/моль

Пример нахождения концентрации определяемого иона в анализируемом растворе с использованием градуировочного графика приведен на рис.1.

Рис.1

Пример градуировочного графика зависимости э.д.с. электродной системы (Е) от активности определяемого иона в растворе (рХ)

где: Е1, Е2, Е3, Е4 - значение Э.Д.С электродной системы в стандартных растворах;

рХ1, рХ2, рХ3, рХ4 - значения рХ стандартных растворов;

рХi, Еi - значения рХ и Э.Д.С. в анализируемом растворе.

1.4.1.2. Измерение концентрации кислорода

В основу измерения концентрации кислорода в воде положен амперометрический метод. Измерения производятся с помощью амперометрического датчика растворенного в воде кислорода с термоэлектрическим преобразователем.

Молекулы растворенного в воде кислорода диффундируют через газопроницаемую мембрану датчика и восстанавливаются на катоде. На аноде происходит реакция окисления. При условии постоянства температуры генерируемый при этом электрический ток пропорционален концентрации кислорода в воде. С помощью встроенного сопротивления электрический ток преобразуется в напряжение. Зависимость концентрации кислорода от температуры учитывается микропроцессором при выдаче окончательного результата. Сигналы от датчика по кабелю поступают в измерительный преобразователь, а затем

нормированные сигналы преобразуются в цифровую форму и отображаются на дисплее.

Определение биохимического потребления кислорода (БПК) производится в соответствии с методиками выполнения измерений (МВИ).

1.4.1.3. Измерение температуры

В основу измерения температуры раствора положен принцип зависимости сопротивления термочувствительного элемента температурного датчика ТД от температуры.

При измерении температуры измерительный преобразователь измеряет сопротивление температурного датчика и рассчитывает температуру раствора по градуировочной кривой.

1.4.1.4. Измерение окислительно-восстановительного потенциала (Eh)

Для измерения окислительно-восстановительного потенциала (Eh) используется электродная система, состоящая из редоксметрического (платинового или стеклянного) измерительного электрода и хлорсеребряного электрода сравнения.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: