Спектрометрические методы

Спектрометрические методы основаны на избирательной способ­ности различных веществ поглощать, излучать, отражать, рассеи­вать или преломлять различного рода излучения. Эта группа вклю­чает в себя многочисленные методы, использующие широкий спектр длин волн от звукового диапазона (103 Гц) до рентгеновских и гамма- излучений (1018 Гц).

Электроакустический метод, основанный на различии в зату­хании или скорости распространения ультразвуковых колебаний в различных жидкостях и газах, применяется для анализа бинарных газовых и жидких смесей, а также для измерения влажности.

Приборы, использующие этот метод, обычно состоят из акусти­ческого или ультразвукового излучателя и приемника — преобразо­вателя колебаний в электрические сигналы. Исследуемая смесь пропускается между излучателем и приемником. Используя соче­тание нескольких электроакустических датчиков, можно создать чувствительные газоанализаторы.

Радиоспектрометрические методы, к которым относятся методы ядерного магнитного резонанса (ЯМР), электронного парамагнит­ного резонанса (ЭПР), СВЧ и микроволновая спектроскопия. Эти методы в последние годы получили широкое применение для иссле­дования свойств ядер, молекул, кристаллов и для других физико- химических исследований.

Хроматографический метод. Для анализа сложных смесей все более широкое применение находит хроматографический метод анализа, основанный на предварительном разделении смеси на составные компоненты при использовании явления сорбции. Определенное количество исследуемой смеси в виде газа или пара перемещается инертным газом-носителем (водород, азот, гелий) через длинную трубку (хроматографическую колонку) /, заполненную неподвижным сорбирующим веществом. Вследствие селективного замедления, осуществляемого неподвижным сорбентом, малопоглощаемые компоненты (В, D) уходят вперед, а хорошо растворимые (С, А) отстают.

Рис.8-9

В результате происходит химическое разделение смеси на составные компоненты, которые движутся через колонку отдельными зонами и по очереди выносятся газом-носителем к преобразователю 2, в качестве которого используются термоэлектрические, ионизационные, радиоактивные и другие типы преобразователей. Сигналы с выхода преобразователя обычно записываются регистрирующим прибором 3.

Кривая (хроматограмма) 4 состоит из отдельных пиков, каждый из которых соответствует определенному компоненту. Компо­ненты идентифицируются по времени выхода из колонки, а их объемная концентрация определяется как отношение площади соответствующих пиков к площади всей хроматограммы. Существует ряд разновидностей хроматографического метода анализа. Газоад­сорбционный метод применяется для анализа смесей, содержащих низкокипящие газы (Н2, СО, СН4). В качестве сорбента используется твердая пористая шихта (огнеупорный кирпич).

В газожидкостном методе используется сорбент в виде нелетучих жидкостей, нанесенных на твердые ' пористые вещества. Метод применяется для анализа сложных смесей, содержащих компоненты с близкими температурами кипения.

При хроматермографическом методе анализ производится при разных температурах колонки, что увеличивает избирательность и чувствительность метода. Капиллярный метод, основанный на разделении смеси в длинном (20—300 м) капилляре, внутренние стенки которого смочены малолетучей жидкостью, позволяет про­изводить быстрый анализ при малых концентрациях газа.

В современных хроматографах для определения площади хроматограмм применяют аналого-цифровые преобразователи, обеспе­чивающие получение результа­тов измерения в цифровой форме.

Датчик состоит из двух анало­гичных акустических резонаторов 1 и 4, помещенных в мас­ляный термостат 3. Резонаторы являются частотно-зависимыми элементами двух автогенерато­ров, отношение частот которых определяется при помощи частотно-цифрового прибора. В резонатор 1 через змеевик 2 поступает анализируемая газовая смесь, а резонатор 4 герметичен и заполнен газом с постоянным составом.

Схема прибора показана на рис. 8-10. Частота первого авто­генератора, через резонатор 1 которого проходит анализируемая газовая смесь.

Рис. 8-10

Таким образом, частота первого автогенератора зависит от моле­кулярной массы и температуры анализируемой газовой смеси, а частота второго автогенератора — только от температуры. Показания частотно-цифрового прибора 3, измеряющего отношение частот 1/2, пропорциональны концентрации анализируемого компонента газовой смеси, так как температуры обоих резонаторов поддержи­ваются постоянными.