1.2.5.1 Измерение концентрации веществ

Существует несколько методов измерения из которых самыми распространенными:

- кондуктометрический, который основан на измерении электропроводности жидкости;

- оптический – на законах поглощения и отражения световых лучей;

- электромагнитный – на измерении разницы потенциалов электродов в контролируемой среде.

Кондуктометрические приборы

Зависимость между удельной электропроводностью раствора, природы растворенного вещества и его концентрации определяется законом Кольрауша:

где - удельная электропроводность;- степень диссоциации;- мольная концентрация вещества;- соответственно движение ионов в электрическом поле при градиенте напряжения равным единице.

Зависимость удельной электропроводности некоторых электролитов от их концентраций приведена на рисунке.

Электропроводность раствора очень чувствительна к изменениям температуры. При повышении температуры на один градус приводит к повышению электропроводности примерно на 2 градуса Цельсия.

Для исключения поляризации электродов измерение осуществляется на переменном токе. В зависимости от способа взаимодействия с измеряемой средой кондуктометрические концентратомеры делятся на электродный и безэлектродный.

Для жидкостей которые имеют низкую электропроводность используют высокочастотный метод измерения на конденсаторных и индуктивных ячейках. В этом случае раствор находится в емкости с диалектриком. С внешних сторон емкости установлены или обкладки конденсаторы, или катушка индуктивности.

Оптические приборы

Коллометрический метод основан на зависимости поглощения света, которое проходит через контрольный раствор, его цвета в функции концентрации. Зависимость между интенсивностью света на входе в раствор и на выходе из негоописывается уравнением:

где - молярный коэффициент поглощения;- толщина раствора;- концентрация.

Для регистрации величины используют различные типы фотоэлементов с целью выделения спектра, который больше всего поглощается раствором.

При рефрактометрическом методе используется зависимость показателя приломления контролируемого раствора от его концентрации. Наиболее распространенными методами определения показателей преломления является спектрометрический и метод полного внутреннего отражения.

Спектрометрический метод основан на определении показателя приломления по углу наименьшего отклонения луча света в стеклянных призмах, которые заполнены раствором.

1.2.5.1 А) Электрокондуктометрический метод анализа

Основан на зависимости удельной электропроводности различных растворов от их концентрации. Данная зависимость определяется законом Кальрауша:

=С

- удельная электропроводность раствора электролита

С - его концентрация

F - число Фарадея

- степень электролитической диссоциации

V_A,V_K - абсолютная подвижность анионов и катионов

На практике принимаются полученные экспериметальным путем зависимости . В значительном диапозоне зависимость является линейной.

Положена в основу построения следующих датчиков: контактный с 2-х электродной ячейкой и с 4-х электродной ячейкой, бесконтактный низкочастотный и бесконтактный высокочастотный.

С 2-х электродной ячейкой.

Ячейка состоит из 2-х пластин площадью S и расстоянием между ними L. Сопротивление столба элект-ти между пластинами R_X=.R_X сопоставим с С. Для компенсации температурной погрешности в контролируемую среду помещают термосопротивление.

С 4-х электродной ячейкой

Измеряемая ячейка заполняется контролируемой средой и имеет 4 электрода. Электроды1 и 4 –токовые, 2.3-потенциометрические. Данная ячейка питается от вторичной обмотки W₃ транзистора Т.на электродах 2,3 протекающим током создается U₂₃=I_яч*R_яч, сопоставимо С и .

Для измерения U₂₃ применяется компенсационная мостовая схема. Мостовая схема имеет две диагонали питающая - W₂ Т и измеряемая - а и в (U_ав). U₂₃ сравнивается с U_ав, если не равны, то на вход усилителя поступает разность. Она усиливается и поступает на РД .РД приходит во вращение и перемещает стрелку. В некоторый момент U_ав= U₂₃.двигатель останавливается, шкала градуируется в единицах концентрации.