Хорошими метрологическими характеристиками обладает триодный аргоновый датчик (рис. 9), у которого, кроме анода 1, катода 2 и источника β-излучения З, имеется коллекторный электрод 4, сигнал с которого подается на электрометрический усилитель. Порог чувствительности такого датчика 2·10^-14 г/с. постоянная времени 1—5 с, нелинейность характеристики 1,2 %.

И онизационно-пламенный метод (рис.10) основан на ионизации молекул исследуемого вещества в водородном пламени. Чистый водород, сгорая в воздухе, почти не образует ионов. поэтом водородное пламя имеет очень большое сопротивление (10¹²-10¹⁴ Ом). Если вместе с водородом в преобразователь поступает исследуемый горючий газ, то в результате термической диссоциации и окисления происходит ионизация молекул газа и сопротивление между электродами 1 и 2 преобразователя резко падает. Вследствие этого увеличиваются ток и падение напряжения на резисторе R, которое через усилитель подается на самопишущий прибор. Метод позволяет обнаруживать микроконцентрации органических соединении, поступающих в преобразователь со скоростью 10^-12 —10¹⁴ г/с. Чувствительность анализаторов составляет 10⁴—10⁵ В·с/мг, постоянная времени 1 мс. Линейный рабочий диапазон 10⁸ — 10⁷, рабочая температура до 400°С.

5. Спектрометрические (волновые) методы.

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

(10¹⁸ Гц).

Электроакустический метод. Метод основан на различия 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, в которых используется этот метод, обычно состоят из акустического или ультразвукового излучателя и приемника — преобразователя звуковых колебаний в электрические сигнал. Исследуемая смесь пропускается между излучателем и приемником.

---

Радиоспектрометрические методы. К ним относятся методы ядерного магнитного резонанса (ЯМР), электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), СВЧ и микроволновая спектроскопия. В последнее время эти методы получили широкое распространение для исследования свойств ядер, молекул, кристаллов и для других физико-химических исследований. Присущие этим методам высокие метрологические характеристики обусловливают перспективность их применения для анализа вещества.

Метод ядерного магнитного резонанса основан на использовании магнитных свойств атомных ядер, большинство из которых обладает магнитным моментом. Взаимодействие магнитных моментов ядер с внешними магнитными моментами других частиц (ионы, атомы, электроны и др.) дает возможность определять структуру сложных соединений, а также проводить качественный и количественный анализ различных веществ. Для аналитических измерений применяются методы ЯМР-поглощения, метод ядерной индукции , а также импульсные методы, при которых информация о структуре вещества получается как отклик спиновой системы на импульсное воздействие на образец высокочастотным полем резонансной частоты («спиновое эхо»).

Образец исследуемого вещества помещается в катушку датчика, находящегося в однородном магнитном поле. Измеряя частоту высокочастотного поля, при котором имеет место сигнал ЯМР при известном значении магнитной индукции, можно проводить качественный анализ многокомпонентных веществ, поскольку гиромагнитные отношения ядер различных элементов отличаются достаточно сильно и известны с высокой точностью. ЯМР-спектр можно также получить, изменяя магнитную индукцию при постоянном значении частоты генератора Количественный анализ производится по интенсивности сигнала ЯМР, поскольку амплитуда сигнала зависит от числа ядер в исследуемом образце.

О собенно эффективен метод ЯМР для исследования соединений сложной структуры. Вследствие так называемого химического сдвига между резонансными частотами ядер одного и того же элемента, входящих в химически неэквивалентные соединения, происходит расщепление сигнала ЯМР и он приобретает мультиплетную структуру. В качестве примера на рис. 11 показан сигнал ядер фосфора-31 в смеси фосфатов. Измеряя интенсивность отдельных составляющих сигнала ЯМР от ядер компонентов сложной смеси, можно определить концентрацию компонентов, содержащих ядра одного вида. Так как обычно относительный сдвиг по частоте между отдельными линиями такого резонансного сигнала имеет порядок 10

---

^-5 —10^-7 , то в этих случаях необходимо использовать аппаратуру ЯМР с высокой разрешающей способностью (10⁷ —10⁸), что в основном определяется однородностью постоянного магнитного поля.

Рассмотренным методом можно определять состав ряда неорганических и органических веществ, содержащих водород, фтор, фосфор и другие элементы, с погрешностью ±1%. Современные спектрометры ЯМР позволяют производить аналитические и структурные исследования жидких, газообразных и твердых веществ и другие физико-химические исследования в диапазоне температур 4—800 К с разрешающей способностью до 5·10⁹ градаций.

Измерение влажности методом ЯМР основано на зависимости сигнала протонного резонанса от числа ядер водорода в образце вещества и на отличии времени релаксации протонов, входящих в состав свободной воды, от времени релаксации протонов, входящих в состав исследуемого вещества. Применение метода ЯМР особенно эффективно для измерения влажности веществ с большой электропроводимостью, таких, как пищевые продукты, почва и др., так как другие методы, основанные на измерении электропроводимости, емкости и диэлектрических потерь, не обеспечивают необходимой точности измерения влажности таких веществ. Метод ЯМР обеспечивает измерение влажности в диапазоне 5— 80% с погрешностью 0,2—0,5%. При этом измерения проводятся без разрушения и загрязнения исследуемого вещества. Возможно также измерение влажности в потоке и использование сигнала ЯМР для автоматического регулирования влажности. Недостатком метода ЯМР является появление дополнительных погрешностей при измерении влажности материалов с трудноконтролируемым содержанием жиров или других водородосодержащих веществ в жидкой фазе.

Разновидностью метода ЯМР в его аналитическом применении является метод ядерного магнитного каротажа, используемый для получения информации о нефтеносности скважин путем обработки сигналов свободной ядерной прецессии в магнитном поле Земли от ядер водорода, входящих в состав пластовой жидкости. В скважину опускается катушка в виде прямоугольной рамки так, чтобы ее длинная сторона была расположена вдоль оси скважины. Первоначально катушка подключается к источнику постоянного тока, и в породе, окружающей скважину, кратковременно (в течение 5—10 с) создается сильное поляризующее магнитное поле, направленное почти перпендикулярно магнитному полю Земли. Под действием поляризующего поля ядра водорода, входящего в состав пластовой жидкости, ориентируются вдоль этого поля в результате чего создается суммарный момент намагниченности ядер, направленный почти перпендикулярно магнитному полю Земли. После этого катушка быстро отключается от источника постоянного тока и подключается ко входу резонансного усилителя. При этом в катушке индуцируется экспоненциально затухающая ЭДС с частотой f

---

_пр, определяемой значением индукции В_з магнитного поля Земли в месте каротажа. Наведенная в катушке ЭДС, усиленная усилителем, подается на находящееся на поверхности измерительное устройство, при помощи которого измеряются начальная амплитуда индуцированной ЭДС и время релаксации Т₂. По этим параметрам можно определить характер пластовой жидкости и выявить наличие нефти, а также определить продуктивность нефтеносных пластов.

Метод электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) является одним из наиболее чувствительных методов для анализа малых количеств парамагнитных веществ. Метод ЭПР широко применяется для обнаружения и измерения концентрации ионов переходных элементов, примесей в полупроводниках, свободных радикалов, облученных кристаллов и других элементов и соединений, содержащих неспаренные электроны.

Метод ЭПР весьма сходен с методом ЯМР, но поскольку магнитный момент электрона примерно в 1000 раз больше магнитных моментов ядер, а спин электрона равен 1/2, то электронный резонанс обычно наблюдается в диапазоне сантиметровых и миллиметровых длин волн. Так как энергия, поглощаемая электронами, на несколько порядков больше энергии, поглощаемой ядрами при ЯМР, то для получения сигналов ЭIIР достаточно весьма малое количество исследуемого вещества — порядка 10^-12 г.

Анализаторы ЭПР, предназначенные для анализа свободных радикалов, парамагнитных ионов и радиационных дефектов в твердых и жидких средах. Для непрерывного автоматического измерения концентрации парамагнитного вещества в жидких средах разработаны анализаторы с порогом чувствительности 5·10^-10 моль/л. Их основная приведенная погрешность ±(2 -5)%.

С верхвысокочастотная (СВЧ) спектроскопия широко применяется для измерения влажности в различных веществах. Измерение влажности осуществляется по ослаблению уровня или сдвигу фазы СВЧ-колебаний при их прохождении через исследуемое вещество. Достоинствами метода являются неограниченный верхний предел измерений, высокая чувствительность в широком диапазоне измерений влажности, относительно малое влияние неравномерного распределения влаги и электролитов, бесконтактный способ измерения, а также возможность получения информации об интегральной влажности объектов большого объема. На результат измерения сильно влияют толщина и плотность исследуемого материала, а также температура, влияние которой особенно велико при использовании в качестве информативного параметра изменения амплитуды СВЧ-колебаний.

---

На рис. 12 показана структурная схема СВЧ-влагомера основанного на методе измерения фазового сдвига. Влагомер состоит из генератора, приемника и детектора СВЧ-колебаний. Генератор СВЧ 4 (отражательный клистрон, работающий в режиме автодина) с антенной З установлен на стойке, которая может двигаться вдоль шкалы.

СВЧ-колебания излучаются антенной в пространство и, отражаясь от вибратора 1, улавливаются ею же. Вибратор питается от генератора Г и колеблется со звуковой частотой, что приводит к модуляции СВЧ-колебаний, приходящих на антенну. На выходе автодина возникает сигнал низкой частоты, подаваемый через усилитель У на фазочувствительный выпрямитель ФЧВ. Сигнал на выходе автодина зависит от распределения СВЧ-колебаний между антенной и вибратором, т. е. от положения антенны по отношению к вибратору. Образец с неизвестной влажностью 2 устанавливается между вибратором и антенной. Введение образца вызывает сдвиг фазы СВЧ-колебаний и изменение уровня сигнала на выходе автодина. Перемещением стойки с автодином можно добиться первоначального уровня сигнала, а по шкале определить сдвиг фазы. Прибор необходимо градуировать с помощью стандартных образцов для установления зависимости между сдвигом фазы и влажностью.

В современных СВЧ-влагомерах процесс измерения автоматизирован, имеются устройства коррекции погрешностей от нестабильности температуры и плотности исследуемого вещества. В диапазоне измерений 1—30 % абсолютная погрешность составляет 0,3—0,5%. СВЧ-влагомеры успешно используются для измерения влажности движущихся материалов в непрерывных технологических процессах.

---

Смотрите также файлы

• ысамерзімді жоспар 4саба Сабаты таырыбы Шеберге жргізілген жанама.docx

• Определение положения устойчивого равновесия Фамилия ио борисов И. П. группа 2383 Преподаватель Альтмарк А. М. Крайний рок сдачи идз 01. 04 Итоговый балл.pdf

• 628. в подмышечной впадине на уровне ключичногрудного треугольника стволы плечевого сплетения по отношению к подмышечной артерии располагаются.docx

• Реферат Пакт МолотоваРиббентропа и его инициаторы ученик 9б класса Котов Степан.docx

• Машинный код Языки программирования низкого уровня.docx