Газоанализатор. Объемные химические газоанализаторы.

В механических газоанализаторах измерение содержания определяемых компонентов производится на основании изменения механических параметров состояния или соответствующих свойств газовой смеси. К числу информативных величин в этих приборах относятся изменения объема или давления пробы газовой смеси, ее вязкости, плотности, скорости распространения звука.

Объемные химические газоанализаторы являются наиболее распространенными приборами механического типа (волюмометрические). О содержании в них определяемого компонента судят по изменению объема газовой смеси в результате избирательного поглощения, каталитического окисления или сжигания определяемого компонента. Поскольку для избирательного удаления определяемых компонентов используются химические реакции, приборы часто называют объемными химическими газоанализаторами. С их помощью можно произвести измерение концентрации в смеси газов следующих компонентов: диоксида углерода, сероводорода, диоксида серы (сумма кислых паров и газов), кислорода, оксида углерода, водорода, непредельных и предельных углеводородов, азота.

При определении содержания СO₂, SO₂ используется раствор щелочи, при этом протекают следующие реакции:

СO₂ + 2КОН = К₂СО_э + Н₂O;    (1)

SO₂ + 2КОН = K₂SO₃ + H₂O.     (2)

Для поглощения водорода и оксида углерода используется щелочной раствор полухлористой меди. Кислород поглощается щелочным раствором пирогаллола, а непредельные углеводороды — бромной водой. Водород и предельные углеводороды могут удаляться из смеси сжиганием, а оксид углерода — каталитическим окислением. Погрешность рассматриваемого метода в значительной мере определяется погрешностью измерения изменения объема, поэтому начальный и остаточный объемы пробы газа должны иметь одинаковые температуру и давление. Подавляющее большинство газоанализаторов, основанных на этом принципе измерения, относятся к лабораторным приборам периодического действия, в которых отбор пробы и другие операции выполняются вручную.

Принцип действия объемных химических газоанализаторов рассматривается на примере газоанализатора ГХП-2 (рис. 1), предназначенного для измерения двух компонентов газовой смеси: СO₂и O₂.

Рис. 1. Схема газоанализатора ГХП-2:

1 — измерительная бюретка; 2 — гребенка; 3,4 — поглотительные сосуды; 5 — трубка; 6 — резиновая груша; 7 — напорный сосуд; 8, 9 — краны; 10 — фильтр

Прибор включает в себя измерительную бюретку 1, соединенную с гребенкой 2, к которой подключены два поглотительных сосуда 3, 4. Сосуд 3 заполнен раствором едкого калия и предназначен для поглощения СO₂, сосуд 4 содержит щелочной раствор пирогаллола для поглощения O₂. Поскольку последний раствор поглощает СO₂, при проведении анализа вначале определяют содержание СO₂, а затем кислорода. Внутри мерной бюретки находится сообщающаяся с атмосферой трубка 5, которая используется для контроля давления пробы газа после поглощения определяемого компонента. Мерная бюретка термостатирована. Отбор пробы при открытом кране 9 и прокачивание газа через прибор осуществляются резиновой грушей 6. При прокачивании газа кран 8 находится в положении, показанном на рисунке, напорный сосуд 7 с запирающей жидкостью опущен и газ через трубку 5 выталкивается в атмосферу. При подъеме напорного сосуда 7 запирающая жидкость при достижении конца трубки 5 отсекает от атмосферы пробу газа объемом 50 см³. В двух других положениях крана 8 проба газа в мерной бюретке 1 сообщается с сосудами 3 и 4. Фильтр 10 служит для очистки газа. В качестве запирающей используется жидкость, не поглощающая компоненты анализируемой газовой смеси; часто применяются насыщенные растворы поваренной соли или хлористого кальция.

Цена деления мерной бюретки ГХП-2 составляет 0,1 мл. При предельной погрешности измерения объема ±0,1 мл погрешность в оценке остаточного объема пробы составляет ± 0,2 %. Невысокая точность оценки изменения объема не позволяет использовать эти газоанализаторы для измерения малых концентраций.

Более широкими возможностями обладает газоанализатор ВТИ, предназначенный для общего анализа природных и промышленных газов. С его помощью осуществляется измерение следующих компонентов газовой смеси: суммы кислых газов (СO₂ + SO₂ + H₂S); O₂; СО; Н₂, N₂, суммы предельных углеводородов (СН₄ и др.); суммы непредельных углеводородов (C_nH_m). Конструкция газоанализатора ВТИ отличается от ГХП-2 устройством мерной бюретки и поглотительных сосудов, их числом, наличием печи для сжигания СО, Н₂ и СН₄.

К числу достоинств объемного метода измерения концентраций газов относятся: возможность измерения широкого круга компонентов газовых смесей в результате подбора соответствующих поглотителей или химических реакций связывания; возможность анализа многокомпонентных газовых смесей; простота устройства.

Недостатками метода являются: низкая точность анализа (не выше 0,1...0,2 % общего объема пробы); периодичность действия; необходимость частой замены реактивов; сложность создания на этом принципе автоматических приборов; громоздкость прибора из-за большого числа элементов из стекла.