ства, подаваемого в ячейку, и мало зависит от факторов, обычно влияющих на результаты измерений другими методами: температуры, состояния поверхности электродов, интенсивности перемешивания и др. Большие возможности кулонометрических газоанализаторов позволяют иметь несколько диапазонов измерения, охватывающих концентрации как на уровне ПДК в атмосферном воздухе, так и при значительных превышениях ПДК.
На принципе потенциометрической кулонометрии основана работа газоанализатора «Атмосфера-1М», предназначенного для определения содержания диоксида серы и сероводорода в атмосферном воздухе и воздухе производственных помещений. При определении диоксида серы в газовой смеси используют предварительную его реакцию с йодом с образованием йодоводорода, который затем электроокисляется на измерительном электроде электрохимической ячейки.
Кулонометрический газоанализатор «Атмосфера-11М» предназначен для определения хлора и озона в атмосферном воздухе и в воздухе производственных помещений. Это переносной показывающий прибор непрерывного действия, обеспечивает автоматическую запись показаний и может быть использован в различных системах сигнализации. При контроле озона и хлора в газовой смеси используют предварительную их реакцию с бромидом натрия с образованием брома, который затем количественно электровосстанавливается на измерительном электроде; возникающий электрический ток является мерой концентрации озона. При этом электрохимическая ячейка работает в режиме гальванического элемента.
Основные элементы газоанализатора типа «Атмосфера» — датчик, блок питания, блок зарядный, самопишущий потенциометр, самопишущий милливольтметр, преобразователь. Датчик газоанализатора выполнен в виде переносного блока, состоящего из двух съемных узлов — измерительного устройства и усилителя, которые крепятся к лицевой панели. В измерительном устройстве смонтирована пневматическая схема, а в узле усилителя — электрическая.
Стационарный кулонометрический газоанализатор «Палладий-М»
для автоматического контроля оксида углерода в воздухе выпускается промышленностью в шести исполнениях, различающихся по числу каналов измерения и по защищенности от воздействия окружающей среды (в обыкновенном и взрывозащищенном исполнениях). Газоанализатор «Палладий-2М», предназначенный для измерения оксида углерода в атмосферном воздухе, применяют в стационарных условиях и в условиях передвижных лабораторий. Принцип действия газоанализатора основан на методе потенциостатической амперометрии, заключающемся в измерении тока электрохимической ячейки.
Газоанализатор состоит из газового и измерительного блоков. Блоки установлены в одном корпусе. В газовом блоке размещены элементы газоподготовки и электрохимическая ячейка. В измерительном блоке расположена электронная схема, с помощью которой обеспечивается потенциостатический режим электрохимической ячейки и измерение тока электрохимического окисления оксида углерода. В газовом блоке установлены фильтр воздуха, химический
56
фильтр, электрохимическая ячейка, побудитель расхода газа и увлажнитель. В измерительном блоке установлены блоки питания, отсчетное устройство и трансформатор.
Газоанализатор «Палладий-МП 1» предназначен для измерения содержания оксида углерода в воздухе рабочей зоны и представляет собой автоматический электрохимический непрерывного действия переносной показывающий и сигнализирующий (со звуковой и световой сигнализацией) прибор. Принцип действия газоанализатора основан на методе потенциостатической амперометрии, заключающемся в измерении тока электрохимического окисления оксида углерода на рабочем электроде ячейки. При окислении углерода на рабочем электроде ячейки, находящемся при заданном потенциале, протекает реакция окисления кислородом оксида углерода до диоксида углерода. Электрод сравнения в реакции не участвует, имеет постоянный потенциал в растворе электролита и служит в качестве точки отсчета при задании потенциала рабочего электрода. Газоанализатор имеет взрывозащищенное исполнение и является восстанавливаемым однофункциональным прибором. Питание газоанализатора осуществляется от встроенного источника питания (батарея типа «Корунд»). Достоинствами прибора являются малые масса (не более 0,3 кг) и габариты (70х125х28 мм), широкий диапазон измеряемых концентраций оксида углерода (0—200 мг/м3) и возможность работы в широком интервале температур окружающей среды (от -10 до +50 °С).
Ионизационные газоанализаторы. Ионизационный способ газового анализа основан на зависимости ионного тока, возникающего в процессе ионизации исследуемого газа, от содержания контролируемого компонента. Из известных способов ионизации газов (ионизация пламенем, тлеющим разрядом, радиоактивным излучением и облучением коротковолновым светом) при разработке газоанализаторов наиболее часто используют ионизацию пламенем и радиоактивное излучение.
Преимуществами ионизационного метода являются низкий порог чувствительности, широкий диапазон измерения, достаточная надежность и стабильность работы, быстродействие, возможность создания датчиков для систем газового контроля с унифицированным электрическим сигналом. Основной недостаток пламенно-ионизационных газоанализаторов состоит в их низкой избирательности к отдельным органическим компонентам при их совместном присутствии. С помощью пламенно-ионизационного газоанализатора определяют либо их сумму, либо концентрацию компонентов с превалирующими ионизационными эффективностями. Для повышения специфичности анализа на этих приборах используют избирательный перевод контролируемых компонентов в аэрозольную фазу.
На пламенно-ионизационном принципе основана работа газоанализатора «Гамма-М» для измерения концентрации бензола, дихлорэтана, стирола и винилхлорида и газоанализаторов углеводородов типа 323 ИН-01, 623 ИН-02.
57
Газоанализатор «Гамма-М» представляет собой стационарный автоматический непрерывнодействующий показывающий и регистрирующий прибор. Прибор имеет три диапазона измерения, соответствующие 0-10, 0-25 и 0-50 ррт метана.
Первичным измерительным преобразователем газоанализатора является пламенно-ионизационная камера, к которой подводятся два газовых потока: поток водорода с анализируемым газом и поток воздуха для поддержания горения водородного пламени. При отсутствии в поступающих в камеру газовых потоках органических веществ пламя в камере имеет низкую электропроводность и возникающий в камере под влиянием электрического поля фоновый ионизационный ток равен примерно 10-11 А. Появление в анализируемом газе органических веществ и последующая ионизация их в водородном пламени приводят к резкому увеличению электропроводности пламени и соответственному увеличению ионизационного тока между электродами. При этом ионизационный ток пропорционален количеству органических веществ, поступающих в камеру в единицу времени.
Ток, возникающий в ионизационной камере, поступает на электронный блок, где он усиливается. Выход электронного блока рассчитан на подключение стандартного самопишущего потенциометра. Перед поступлением в ионизационную камеру потоки водорода, анализируемого газа и воздуха для поддержания горения очищаются, их расход стабилизируется в коммуникациях, расположенных в специальном блоке. Датчик прибора имеет взрывозащищенное исполнение.
Газоанализатор типа 323 ИН-01 предназначен для измерения суммарной концентрации углеводородов с целью контроля газоочистных установок. Функциональное назначение газоанализатора — измерение концентрации метана в воздухе в диапазоне 0—50 и 0—250 мг/м3. Газоанализатор выполнен в виде отдельных блоков: блока анализа БА-201 и блока подготовки газа БПГ002, в которых размещены электронные и газовые узлы.
Газоанализатор типа 623 ИН-02 предназначен для определения суммы углеводородов, метана и суммы углеводородов за вычетом метана в атмосферном воздухе. В газоанализаторе одновременно работают два пламенноионизационных датчика. Поток анализируемого воздуха делится на две равные части. На один датчик, регистрирующий общую сумму углеводородов, анализируемый воздух поступает без изменения. Другая часть потока проходит через устройство разделения углеводородов, в котором происходит отделение метана от остальных углеводородов. Второй датчик регистрирует только метан. Значение концентрации суммы углеводородов за вычетом метана получается как электрическая разность сигналов датчиков. Область применения газоанализатора 623 ИН-02 — контроль загрязнения атмосферного воздуха в составе газоизмерительной автоматической многоканальной системы (ГАМС) автоматической станции контроля загрязнения атмосферы. Газоанализатор может быть также применен автономно.
58
Конструктивно газоанализатор выполнен в виде комплекса, состоящего из блока анализа БА-200, блока разделения углеводородов БР-001, блока автоматического управления БАУЗ-001 и побудителя расхода БПР-005.
Газоанализатор «Нитрон» представляет собой стационарный автоматический прибор непрерывного действия с выводом информации на встроенный показывающий прибор, шкала которого отградуирована в единицах измеряемой концентрации диоксида азота. Предусмотрен также электрический вывод для подключения стандартного регистрирующего потенциометра типа КСП4И с диапазоном измерения 0—10 мВ и искробезопасным выходом. Работа газоанализатора основана на аэрозольно-ионизационном методе, заключающемся в селективном переводе диоксида азота в аэрозоль с помощью паров диэтиламина с последующим детектированием аэрозольных частиц в ионизационной камере, содержащей радиоактивный источник ионизирующего бета-43 излучения.
Газоанализатор имеет блочно-модульное исполнение и состоит из двух блоков — блока преобразователя малых концентраций и блока регистрации, питания и управления РПУ. В блоке ПМК установлен стандартный радиоактивный источник бета-излучения типа БИС-10, содержащий изотоп стронций90. Блок ПМК имеет взрывозащищенное исполнение и устанавливается непосредственно в месте отбора пробы, а блок РПУ и потенциометр КСП4И устанавливаются вне взрывоопасного помещения на расстоянии до 300 м. Функциональные узлы блока ПМК выполнены в виде отдельных конструктивно оформленных блоков: ионизационная камера ИК-О, смеситель реагента РН, термокомпенсатор ТКН, усилитель постоянного тока УПТН, блок пневмопитания ППН и узел радиоактивного источника.
Преобразование концентрации диоксида азота в электрический сигнал осуществляется в блоке ПМК следующим образом. В межэлектродном пространстве ионизационной камеры радиоактивным источником бета-излучения постоянно ионизируется пропускаемая смесь анализируемого воздуха и паров реагента. Пары аэрозолеобразующего реагента поступают в блок ИК-0 из блока РН. Проход газа через камеру и подача газа в блок РН осуществляется с помощью блока ППН. Сигнал с ионизационной камеры поступает на усилитель постоянного тока (блок УПТН), а далее — во внешнюю цепь (в блок ППУ).
При отсутствии в анализируемом воздухе паров определяемого компонента в ионизационной камере образуется начальный (фоновый) ток. При этом формируется нулевой выходной сигнал газоанализатора. При появлении в анализируемом воздухе загазованности контролируемый компонент (диоксид азота) вступает в химическую реакцию с парами реагента — диэтиламина. Пары диэтиламина обладают свойствами избирательного реагирования с содержащимся в анализируемом воздухе диоксидом азота. В результате реакции образуется вещество с низким давлением насыщенных паров, которое конденсируется с образованием аэрозольных частиц. Воздух со взвешенными частицами, проходя через рабочий объем камеры, вызывает уменьшение ионизационного тока. Изменение тока, пропорциональное концентрации аэрозольных частиц, является мерой концентрации диоксида азота.
59
Газоанализатор «Нитрон» избирательно определяет концентрацию диоксида азота в диапазоне 0—5 мг/м3 в присутствии следующих неконтролируемых примесей: амины (по диэтиламину), спирты (по этанолу), диоксид серы, углерод (по метану), пары кислот (по азотной кислоте), оксид и диоксид углерода в концентрациях соответственно до 50, 100, 10, 100, 5, 200 и 200 мг/м3.
Хемилюминесцентные и флуоресцентные газоанализаторы. Прин-
цип работы хемилюминесцентных газоанализаторов основан на измерении интенсивности люминесценции продуктов химической реакции определяемого компонента с реагентом, а флуоресцентных — на измерении интенсивности флуоресценции определяемого компонента под действием УФ-излучения. Хемилюминесцентный метод положен в основу работы газоанализаторов 645ХЛ-01 и 652ХЛ-01, флуоресцентный — в основу работы газоанализатора 667ФФ-01.
Газоанализатор типа 645ХЛ-01 предназначен для непрерывного автоматического измерения концентрации оксида, диоксида азота и их суммы в атмосферном воздухе. Принцип работы основан на детектировании светового излучения, возникающего при хемилюминесцентной реакции между оксидом азота и озоном. Входит в состав газоизмерительной автоматической многоканальной системы автоматической станции контроля загрязнения атмосферы и автономно. Прибор имеет блочно-модульное исполнение и состоит из блоков: анализа БА-100, электронного БЭ-101, побудителя расхода БПР-001 и автоматического управления БАУЗ-001.
Газоанализатор типа 652ХЛ-01 является автоматическим самопишущим и показывающим прибором, который предназначен для непрерывного измерения содержания озона в атмосферном воздухе. В основу работы прибора положена хемилюминесцентная реакция озона с этиленом в соответствующих условиях, сопровождающаяся излучением, интенсивность которого пропорциональна концентрации озона в анализируемой смеси. Входит в состав автоматической станции контроля загрязнения атмосферы и автономно. Прибор имеет блочно-модульное исполнение и состоит из следующих функциональных блоков: блока автоматического управления БАУ1-001, блока электронного БЭ-003, блока анализа БА-400, блока побудителя расхода БПР-002 и установки газовой УСГ-001. Блоки выполнены в унифицированных типовых каркасах.
Газоанализатор типа 667ФФ-01 предназначен для определения концентрации диоксида серы в атмосферном воздухе. Входит в состав газоизмерительной автоматической многоканальной системы автоматической станции контроля загрязнения атмосферы, а также может применяться автономно. Прибор имеет двухканальную дифференциальную структуру. Через флуоресцентную камеру непрерывно пропускают анализируемую газовую смесь, содержащую диоксид серы. «Нулевой» и реперный газы вырабатываются соответствующими встроенными устройствами. Принцип работы прибора основан на регистрации флуоресцентного излучения молекул диоксида серы, возникающего под воздействием возбуждающего ультрафиолетового излучения. Возбуждение молекул диоксида серы осуществляется в спектральной области 220—240 нм, выде-
60