Файл: Содержание Общие вопросы аналитических измерений. Электрохимические методы.doc
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 04.02.2024
Просмотров: 124
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
периодическая поверка влагомера с помощью калибраторов, имитирующих влажность в нескольких точках диапазона, обеспечивают измерение влажности с погрешностью 0,5%.
Радиоактивационный метод анализа является наиболее чувствительным методом измерений концентрации веществ. Этот метод основан на активации исследуемого вещества с помощью интенсивных потоков нейтронов, γ-квантов или заряженных частиц с последующим измерением вторичных радиоактивных излучений, испускаемых ядрами определяемых компонентов вещества.
Метод позволяет определить в многокомпонентных веществах большой ряд химических элементов, концентрация которых не превышает 10-5— 10-7 %.
Существуют разновидности радиоактивационного метода, которые отличаются типом первичного излучения и особенностями возникающих ядерных реакций, например нейтронно-радиационные методы, нейтронно-нейронные методы, γ-резонансный метод и др. Радиоактивационный метод по процедуре измерения похож на рассмотренный выше метод электронной спектроскопии. Но, в отличие от последнего, основанного на взаимодействии внешнего излучения (фотонного и электронного) с электронной оболочкой атомов, в радиоактивационном методе используется взаимодействие внешнего излучения (нейтроны,
γ-кванты, заряженные частицы) с атомными ядрами, т. е. радиоактивационный метод основан на и пользовании внутриядерных явлений, на которые не влияю внешние факторы. Поэтому он наряду с высокой чувствительностью может, при использовании соответствующих средств измерений, обеспечить высокую точность определения концентрации.
6. Комбинированные методы.
Из многочисленных комбинированных методов для анализа многокомпонентных веществ наиболее широкое применение получили масс-спектрометрический и хроматографический методы, а также их сочетания с другими методами.
Масс-спектрометрический метод. Метод основан на ионизации анализируемого вещества и разделении ионов на отдельные пучки по компонентам, отличающимся отношением массы нона к его заряду. Ионизация атомов и молекул газа или пара производится в источнике ионов путем их бомбардировки ускоренными электронами. Твердые вещества ионизируются термоионной эмиссией, при которой анализируемое вещество наносится на нагреваемую электрическим током вольфрамовую ленту или оно предварительно испаряется в специальном тигле. Существуют также лазерные методы ионизации веществ.
В
зависимости от способа разделения ионов масс-спектрометры делятся на магнитные с разделением ионов в магнитном поле, времяпролетные с разделением ионов по времени их пролета от источника до коллектора ионов и радиочастотные с разделением ионов под воздействием высокочастотных электрических полей. На рис.16 показана схема масс-спектрометра с разделением ионов в однородном магнитном поле. Анализируемое вещество в виде газа или пара направляется в источник ионов 2, укрепленный в конце вакуумной камеры 4. Под действием электронов, испускаемых катодом 1, происходит образование ионов, которые при помощи фокусирующей системы З направляются в магнитное поле электромагнита, один из полюсных наконечников которого (5) изображен на рисунке. Ионы разных компонентов, обладающие одинаковым положительным зарядом е, но разной массой т, под действием магнитного поля разделяются на отдельные пучки, описывающие траектории с различными радиусами:
Путем изменения магнитной индукции В или ускоряющего напряжения U отдельные пучки ионов с одинаковой массой очередно направляются к коллектору ионного тока б. Напряжение коллектора через усилитель 7 подается на регистрирующий прибор 8. По оси абсцисс получается шкала масс, а площади отдельных пиков пропорциональны концентрации соответствующих ионообразующих компонентов в анализируемом веществе.
Во времяпролетном масс-спектрометре ионы, выходящие из ионизационной камеры, под действием ускоряющего напряжения приобретают разностную скорость
,зависящую от массы ионов. Вследствие этого по мере пролета расстояния до коллектора ионы разделяются на отдельные пучки, создающие импульсы тока, соответствующие отдельным компонентам анализируемого вещества.
Основными параметрами масс-спектрометров являются диапазон массовых чисел, который лежит в пределах 1—600 м. е. (массовых единиц), разрешающая способность (выражаемая числом различных градаций в рабочем диапазоне массовых чисел) и порог чувствительности. Для анализа компонентов, очень мало отличающихся по массе (СО—N2
; O2—Не4; Н2—O), применяются масс-спектрометры с разрешающей способностью до 1500 градаций. Порог чувствительности масс-спектрометров лежит в пределах 0,1—0,0001%. Минимально необходимое содержание компонента при анализе твердого вещества равно 10-13 г (при 100%-ной ионизации и применении электронных умножителей для измерения ионного тока). Погрешности различных масс-спектрометрических анализаторов составляют от ±1 до ±10%. Существуют масс-спектрометры с пространственно-временным разделением ионных пучков, у которых разрешающая способность равна 10000 градаций (на уровне полувысоты пиков), а порог чувствительности 10-6 — 10-4%.
Для локального химического и изотопного анализа твердых тел используется метод масс-спектральной микроскопии, основанный на возбуждении ионной эмиссии с исследуемой поверхности бомбардировкой ионным пучком и использовании эмиссионной микроскопии в сочетании с масс-спектральным анализом изображений. Метод обеспечивает оптическое разрешение 1 мкм при масс-спектральном разрешении 300 градаций.
Наибольшее распространение в настоящее время получили динамические масс-спектрометры, в которых используется ловушечный механизм разделения заряженных частиц по удельным зарядам (е/m), в поперечном гиперболическом высокочастотном поле.
Х
роматографический метод. Для анализа сложных смесей широко используется хроматографической метод, основанный на предварительном разделении исследуемого вещества на составные компоненты с последующим определением концентрации анализируемых элементов с помощью рассмотренных выше методов анализа в зависимости от используемого способа разделения компонентов различаются методы ионообменной, гелийпроникающей и адсорбционной хроматографии.
Наиболее развит адсорбционный хроматографический метод на основе использования явления сорбции. При этом методе определенное количество исследуемой смеси перемещается инертным газом-носителем (водород, азот, гелий, аргон, неон, диоксид углерода, воздух и пр.) через длинную трубку (хроматографическую колонку) 1, заполненную неподвижным сорбирующим веществом (рис.17). Вследствие селективного замедления, осуществляемого неподвижным сорбентом, малопоглощающие компоненты (В, D) уходят вперед, а хорошо растворимые (А, С) отстают. В результате происходит разделение смеси на составные компоненты, которые движутся через колонку отдельными зонами и по очереди выносятся газом-носителем к детекторам 2, основанным на использовании теплового, ионизационного, электрохимических, пламенно-ионизационного, спектрохимических, масс-спектрометрического и других методов. Сигналы с выходов детекторов передаются в измерительно-вычислительную систему З для обработки результатов хроматографического анализа Результаты измерений регистрируются самопишущим прибором 4, а также могут выводиться для дальнейшей обработки.
Кривая (хроматограмма) 5 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, CH4). 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—З00 м) капилляре, внутренние стенки которого смочены малолетучей жидкостью, позволяет производить быстрый анализ при малых концентрациях газа. С помощью газовых хроматографов можно анализировать вещества с температурой кипения 17З—800 К, жидкостные хроматографы главным образом применяются для анализа веществ, разрушающихся при повышенных температурах, например биологических и физиологических растворов, лекарственных препаратов и др.
В современных хроматографах имеются автоматические устройства для подготовки проб, набор детекторов, основанных на различных методах измерений, встроенные микропроцессоры с набором программ для обработки данных, а также набор стандартных образцов для калибровки хроматограмм. Хроматографическйй метод позволяет измерять концентрации различных сложных смесей, содержащих до сотни компонентов веществ, с относительной погрешностью 5—10%, При использовании хроматографов высших классов точности с соответствующими стандартными образцами и методиками измерения погрешность составляет 0,5—2%. Хроматографический метод и его сочетания с масс-спектрометрическим, спектрометрическим, ионизационным и другими методами лежат в основе ряда комбинированных методов измерений, которые являются наиболее перспективными для повышения точности аналитических измерений.
Министерство образования Российской Федерации
Курганский государственный университет
Кафедра автоматизации технологических процессов и производств
Реферат
Тема: «Измерение концентрации веществ».
Выполнили: студенты
группы Т-3143
Корнилов Д.В.
Тахман Е.А.
Проверил: к.т.н., доцент
Дмитриева О.В.
Курган 2006 г
Радиоактивационный метод анализа является наиболее чувствительным методом измерений концентрации веществ. Этот метод основан на активации исследуемого вещества с помощью интенсивных потоков нейтронов, γ-квантов или заряженных частиц с последующим измерением вторичных радиоактивных излучений, испускаемых ядрами определяемых компонентов вещества.
Метод позволяет определить в многокомпонентных веществах большой ряд химических элементов, концентрация которых не превышает 10-5— 10-7 %.
Существуют разновидности радиоактивационного метода, которые отличаются типом первичного излучения и особенностями возникающих ядерных реакций, например нейтронно-радиационные методы, нейтронно-нейронные методы, γ-резонансный метод и др. Радиоактивационный метод по процедуре измерения похож на рассмотренный выше метод электронной спектроскопии. Но, в отличие от последнего, основанного на взаимодействии внешнего излучения (фотонного и электронного) с электронной оболочкой атомов, в радиоактивационном методе используется взаимодействие внешнего излучения (нейтроны,
γ-кванты, заряженные частицы) с атомными ядрами, т. е. радиоактивационный метод основан на и пользовании внутриядерных явлений, на которые не влияю внешние факторы. Поэтому он наряду с высокой чувствительностью может, при использовании соответствующих средств измерений, обеспечить высокую точность определения концентрации.
6. Комбинированные методы.
Из многочисленных комбинированных методов для анализа многокомпонентных веществ наиболее широкое применение получили масс-спектрометрический и хроматографический методы, а также их сочетания с другими методами.
Масс-спектрометрический метод. Метод основан на ионизации анализируемого вещества и разделении ионов на отдельные пучки по компонентам, отличающимся отношением массы нона к его заряду. Ионизация атомов и молекул газа или пара производится в источнике ионов путем их бомбардировки ускоренными электронами. Твердые вещества ионизируются термоионной эмиссией, при которой анализируемое вещество наносится на нагреваемую электрическим током вольфрамовую ленту или оно предварительно испаряется в специальном тигле. Существуют также лазерные методы ионизации веществ.
В
зависимости от способа разделения ионов масс-спектрометры делятся на магнитные с разделением ионов в магнитном поле, времяпролетные с разделением ионов по времени их пролета от источника до коллектора ионов и радиочастотные с разделением ионов под воздействием высокочастотных электрических полей. На рис.16 показана схема масс-спектрометра с разделением ионов в однородном магнитном поле. Анализируемое вещество в виде газа или пара направляется в источник ионов 2, укрепленный в конце вакуумной камеры 4. Под действием электронов, испускаемых катодом 1, происходит образование ионов, которые при помощи фокусирующей системы З направляются в магнитное поле электромагнита, один из полюсных наконечников которого (5) изображен на рисунке. Ионы разных компонентов, обладающие одинаковым положительным зарядом е, но разной массой т, под действием магнитного поля разделяются на отдельные пучки, описывающие траектории с различными радиусами: Путем изменения магнитной индукции В или ускоряющего напряжения U отдельные пучки ионов с одинаковой массой очередно направляются к коллектору ионного тока б. Напряжение коллектора через усилитель 7 подается на регистрирующий прибор 8. По оси абсцисс получается шкала масс, а площади отдельных пиков пропорциональны концентрации соответствующих ионообразующих компонентов в анализируемом веществе.
Во времяпролетном масс-спектрометре ионы, выходящие из ионизационной камеры, под действием ускоряющего напряжения приобретают разностную скорость
,зависящую от массы ионов. Вследствие этого по мере пролета расстояния до коллектора ионы разделяются на отдельные пучки, создающие импульсы тока, соответствующие отдельным компонентам анализируемого вещества.Основными параметрами масс-спектрометров являются диапазон массовых чисел, который лежит в пределах 1—600 м. е. (массовых единиц), разрешающая способность (выражаемая числом различных градаций в рабочем диапазоне массовых чисел) и порог чувствительности. Для анализа компонентов, очень мало отличающихся по массе (СО—N2
; O2—Не4; Н2—O), применяются масс-спектрометры с разрешающей способностью до 1500 градаций. Порог чувствительности масс-спектрометров лежит в пределах 0,1—0,0001%. Минимально необходимое содержание компонента при анализе твердого вещества равно 10-13 г (при 100%-ной ионизации и применении электронных умножителей для измерения ионного тока). Погрешности различных масс-спектрометрических анализаторов составляют от ±1 до ±10%. Существуют масс-спектрометры с пространственно-временным разделением ионных пучков, у которых разрешающая способность равна 10000 градаций (на уровне полувысоты пиков), а порог чувствительности 10-6 — 10-4%.
Для локального химического и изотопного анализа твердых тел используется метод масс-спектральной микроскопии, основанный на возбуждении ионной эмиссии с исследуемой поверхности бомбардировкой ионным пучком и использовании эмиссионной микроскопии в сочетании с масс-спектральным анализом изображений. Метод обеспечивает оптическое разрешение 1 мкм при масс-спектральном разрешении 300 градаций.
Наибольшее распространение в настоящее время получили динамические масс-спектрометры, в которых используется ловушечный механизм разделения заряженных частиц по удельным зарядам (е/m), в поперечном гиперболическом высокочастотном поле.
Х
роматографический метод. Для анализа сложных смесей широко используется хроматографической метод, основанный на предварительном разделении исследуемого вещества на составные компоненты с последующим определением концентрации анализируемых элементов с помощью рассмотренных выше методов анализа в зависимости от используемого способа разделения компонентов различаются методы ионообменной, гелийпроникающей и адсорбционной хроматографии.Наиболее развит адсорбционный хроматографический метод на основе использования явления сорбции. При этом методе определенное количество исследуемой смеси перемещается инертным газом-носителем (водород, азот, гелий, аргон, неон, диоксид углерода, воздух и пр.) через длинную трубку (хроматографическую колонку) 1, заполненную неподвижным сорбирующим веществом (рис.17). Вследствие селективного замедления, осуществляемого неподвижным сорбентом, малопоглощающие компоненты (В, D) уходят вперед, а хорошо растворимые (А, С) отстают. В результате происходит разделение смеси на составные компоненты, которые движутся через колонку отдельными зонами и по очереди выносятся газом-носителем к детекторам 2, основанным на использовании теплового, ионизационного, электрохимических, пламенно-ионизационного, спектрохимических, масс-спектрометрического и других методов. Сигналы с выходов детекторов передаются в измерительно-вычислительную систему З для обработки результатов хроматографического анализа Результаты измерений регистрируются самопишущим прибором 4, а также могут выводиться для дальнейшей обработки.
Кривая (хроматограмма) 5 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, CH4). 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—З00 м) капилляре, внутренние стенки которого смочены малолетучей жидкостью, позволяет производить быстрый анализ при малых концентрациях газа. С помощью газовых хроматографов можно анализировать вещества с температурой кипения 17З—800 К, жидкостные хроматографы главным образом применяются для анализа веществ, разрушающихся при повышенных температурах, например биологических и физиологических растворов, лекарственных препаратов и др.
В современных хроматографах имеются автоматические устройства для подготовки проб, набор детекторов, основанных на различных методах измерений, встроенные микропроцессоры с набором программ для обработки данных, а также набор стандартных образцов для калибровки хроматограмм. Хроматографическйй метод позволяет измерять концентрации различных сложных смесей, содержащих до сотни компонентов веществ, с относительной погрешностью 5—10%, При использовании хроматографов высших классов точности с соответствующими стандартными образцами и методиками измерения погрешность составляет 0,5—2%. Хроматографический метод и его сочетания с масс-спектрометрическим, спектрометрическим, ионизационным и другими методами лежат в основе ряда комбинированных методов измерений, которые являются наиболее перспективными для повышения точности аналитических измерений.
Министерство образования Российской Федерации
Курганский государственный университет
Кафедра автоматизации технологических процессов и производств
Реферат
Тема: «Измерение концентрации веществ».
Выполнили: студенты
группы Т-3143
Корнилов Д.В.
Тахман Е.А.
Проверил: к.т.н., доцент
Дмитриева О.В.
Курган 2006 г