ООО «НПЦ «АНАЛИТЕХ»
Газовый анализ, принципы и методы измерений
Это качественное обнаружение и количественное определение компонентов газовых смесей. Газовый анализ может проводиться, так по лабораторным методикам, так как с помощью специальных газоанализаторов. Как правило, методы газового анализа основаны на измерении физических параметров и свойств среды (например, электрической проводимости, магнитной восприимчивости, теплопроводности, оптической плотности, коэффициента рассеяния и так далее) значения которых зависят от концентраций определяемых компонентов. Существуют избирательные и неизбирательные методы измерения. В неизбирательных методах проводится измерение свойств пробы (например, плотности или теплопроводности), которые зависят от относительного содержания всех ее компонентов пробы. Поэтому такие методы могут применяться для анализа бинарных и псевдобинарных газовых смесей, в которых варьируется содержание только определяемого компонента, а соотношение концентраций остальных компонентов не изменяется. В избирательных методах измеряемое свойство пробы зависит преимущественного от содержания определяемого компонента.
По характеру измеряемого физического параметра методы газового анализа можно разделить на механические, акустические, тепловые, магнитные, оптические, ионизационные, масс-спектрометрические, электрохимические, полупроводниковые.
К механическим методам относится волюмоманометрический метод, основанный на измерении объема или давления газовой пробы после химического воздействия на нее, которое может заключаться, например, в последовательном поглощении компонентов анализируемого газа подходящими реактивами в поглотительных сосудах. Минимально определяемые концентрации (МОК) от 0,001 до 0,01 %.
К механическим методам также относят пневматический метод (аэростатический и аэродинамический). В первом случае измеряют плотность газовой смеси, во втором — зависящие от плотности и вязкости параметры таких процессов, как дросселирование газовых потоков, взаимодействие струй, вихреобразование и т.д. Эти методы применяют для анализа бинарных и псевдобинарных смесей, напр. для определения Н2 в воздухе, Н2 в этилене, СО2 в инертных газах, С12 в Н2 и т.д. МОК метода от 0,01 до 0,1 %.
Акустические методы основаны на измерении поглощения или скорости распространения звуковых и ультразвуковых волн в газовой смеси. Методы не избирательны и применяются, в частности, для определения СН4, О2, Н2 в бинарных и псевдобинарных смесях. МОК метода от 0,001 до 0,1 %.
Тепловые методы основаны на измерении теплопроводности газовой смеси (термокондуктометрический метод) или теплового эффекта радиации с участием определяемого компонента — (термохимический метод). Термокондуктометрическим методом находят содержание, напр., Не, СО2, Н2, СН4 в бинарных и псевдобинарных смесях (МОК от 0,01 до 0,1 %. Термохимический метод используют для избирательного определения СО, СН4, О2, Н2, контроля в воздухе взрывоопасных и пожароопасных примесей (смесей газообразных углеводородов, паров бензина и т.д.). Например, при определении метана его сжигают в присутствии катализатора (Pt и Pd на активном Аl2О3). Количество выделившегося тепла, пропорциональное концентрации СН4, с помощью терморезисторов преобразуют в электрический сигнал, который регистрируют. МОК метода от 0,001 до 0,01 %.
В магнитных методах измеряют физические характеристики газа, обусловленные магнитными свойствами определяемого компонента в магнитном поле. С их помощью контролируют содержание О2, отличающегося аномально большой парамагнитной восприимчивостью. Наиболее распространен термомагнитный метод, основанный на зависимости парамагнитной восприимчивости О2 от его концентрации при действии магнитного поля в условиях температурного градиента. МОК метода от 0,01 до 0,1 %.
В оптических методах измеряют оптическую плотность (абсорбционные методы), интенсивность излучения (эмиссионные методы), коэффициент преломления (рефрактометрический). Абсорбционные методы, основанные на измерении селективного поглощения ИК, УФ или видимого излучения контролируемым компонентом, применяют, например, для избирательного определения NO2, О3, H2S, SO2, CS2, формальдегида, фосгена, Сl2, паров Hg, Na, Pb и других. МОК метода от 0,00001 до 0,01 %. Широко используется оптикоакустический метод, основанный на пульсации давления газа в приемнике излучения при поглощении прерывистого потока излучения, прошедшего через анализируемый газ. Метод позволяет определять СО, СО2, СН4, NH3, SO2, ряд органических соединений. МОК метода от 0,001 до 0,01 %. Источники излучения в абсорбционных методах — лампы накаливания, ртутные, водородные, ртутно-кадмиевые, кадмиевые, нихромовые спирали.
По фотоколориметрическому оптическому методу предварительно проводят цветную реакцию контролируемого компонента с подходящим реагентом в газовой фазе, в индикаторном реакторе или на поверхности твердого носителя (в виде ленты, таблетки, порошка) и измеряют интенсивность окраски продуктов реакции. Метод применяют также для избирательного определения оксидов азота, СО, CS2, NH3, ацетилена, фосгена, формальдегида и др. МОК метода от 0,000001 до 0,001 %.
В эмиссионных оптических методах измеряют интенсивность излучения определяемых компонентов. Излучение можно возбудить электрическим разрядом (МОК метода от 0,0001 до 0,1 %), пламенем, светом и другими источниками (при использовании лазера МОК достигает 0,0000001 до 0,000001 %). Эти методы применяют для количественного определения множества элементов и соединений.
В хемилюминесцентном методе измеряют интенсивность люминесценции, сопровождающей некоторые хим. реакции в газах. Метод применяют, в частности, для определения О3 и оксидов азота. Например, определение NO основано на его окислении озоном. МОК метода от 0,000001 до 0,0001 %.
Оптические методы, основанные на рассеянии света, получили развитие благодаря лазерной технике. Они применяются, в частности, при дистанционном контроле чистоты атмосферы для определения главным образом вредных примесей – органических соединений, оксидов азота, серы, углерода и т.д. МОК метода от 0,000001 до 0,1 %.
Рефрактометрический метод используется для определения СО2, СН4, ацетилена, SO2 и др. в бинарных и псевдобинарных смесях. МОК метода около 0,01 %. Интерферометрический оптический метод основан на измерении смещения интерференционных полос в результате изменения оптической плотности газовой смеси при изменении концентрации определяемого компонента. Применяется, напр., для определения СО2 и СН4 в воздухе. МОК метода около 0,01 %.
Ионизационные методы основаны на измерении электрической проводимости ионизованных газовых смесей. Ионизацию осуществляют радиоактивным излучением, электрическим разрядом, пламенем, УФ — излучением, на нагретой каталитически активной поверхности. Например, метод, основанный на измерении разницы сечений ионизации газов радиоактивным излучением, используют для анализа таких бинарных смесей, как Н2 — N2, N2 — CO2, а также некоторых углеводородов (МОК метода около 0,01%). Метод, основанный на ионизации органических соединений в водородном пламени, применяют для определения органических примесей в бинарных газовых смесях и воздухе (МОК метода около 0,00001 %).
Масс-спектрометрические методы, основанные на измерении масс ионизованных компонентов анализируемого газа (см. Mace-спектрометрия), применяют для определения инертных газов, О2, Н2, оксидов углерода, азота и серы, а также неорганических., органических и металлоорганических летучих соединений. МОК метода от 0,00001 до 0,001 %.
В электрохимических методах измеряют параметры системы, состоящей из жидкого или твердого электролита, электродов и определяемого компонента газовой смеси или продуктов его реакции с электролитом. Так, потенциометрический метод основан на зависимости потенциала индикаторного электрода от концентрации иона, полученного при растворении определяемого компонента в растворе; амперометрический — на зависимости между током и количеством определяемого компонента, прореагировавшего на индикаторном электроде; кондуктометрический — на измерении электропроводности растворов при поглощении ими определяемого компонента газовой смеси. Электрохимическими методами измеряют содержание примесей O2, CO, NO, NO2, SO2, H2S, H2, C12, NH3, O3 и др. МОК метода от 0,000001 до 0,0001 %.
В полупроводниковых методах измеряют сопротивление полупроводника (пленки или монокристалла), взаимодействующего с определяемым компонентом газовой смеси. Методы применяют для измерения содержания Н2, метана, пропана, О2, оксидов углерода и азота, галогенсодержащих соединений и др. МОК метода от 0,00001 до 0,001 %. .
Среди методов газового анализа иногда выделяют так называемые комбинированные. К ним относятся методы, отличающиеся способами предварительного преобразования пробы (хроматография, изотопное разбавление), которые могут сочетаться с измерением различных физический параметров, а также многопараметрический вычислительный метод.
В хроматографических методах газового анализа разделение анализируемой смеси происходит при ее движении вдоль слоя сорбента. Наиболее часто применяют проявительный вариант, в котором исследуемый газ переносится через слой сорбента потоком газа — носителя, сорбирующегося хуже любого из компонентов анализируемой газовой смеси. Для измерения концентрации разделенных компонентов в газе — носителей применяют различные детекторы. Хроматографические методы обеспечивают анализ широкого круга органических и неорганических компонентов с МОК метода от 0,0001 до 0,01 %. Сочетание хроматографического разделения с предварит. концентрированием (криогенной адсорбцией, диффузией и др.) определяемых компонентов позволяет снизить значения МОК до метода от 0,0000001 до 0,000001 %.
В методе изотопного разбавления в анализируемую пробу вводят радиоактивные или, чаще, стабильные изотопы определяемого компонента и затем выделяют его из пробы вместе с добавкой. В случае радиоактивного изотопа концентрацию компонента рассчитывают по удельной радиоактивности выделенного компонента, в случае стабильных изотопов — по результатам масс-спектрометрического или спектрального анализа его изотопного состава. Применяется также метод, основанный на реакции между определяемым компонентом и радиоактивным реагентом. Образовавшееся соединение выделяют, измеряют его удельную активность, по значению которой находят концентрацию определяемого компонента. Методами изотопного разбавления измеряют содержание примесей О2, N2, H2, оксидов углерода и азота, СН4, С12 и др. МОК от метода от 0,0000001 до 0,1 %.
Многопараметрический вычислительный метод основан на совместном измерении ряда физических параметров смеси известного качестве состава и на решении с помощью ЭВМ системы уравнений, описывающих взаимосвязь измеряемых параметров с концентрациями определяемых компонентов. Одновременно можно измерять, например, оптическую плотность среды при различных длинах волн, эффективность ионизации газов и паров на каталитически активных поверхностях с разными температурами нагрева и т.д.
Достоверность газоаналитических измерений гарантируется комплексом методов и средств метрологического обеспечения. Неполнота сведений о зависимостях между значением физического параметра среды и концентрацией определяемого компонента, влияние остальных компонентов среды и условий измерения приводят к погрешности анализа. Поэтому, в каждом конкретном случае, необходимо предварительное метрологические исследование с целью аттестации методик или нормирования метрологических характеристик газоанализаторов. Одна из задач метрологического исследования — выявление погрешности, возникающей вследствие неполного соответствия между реальной анализируемой смесью и ее моделью, используемой при разработке методик и создании газоанализаторов. В ходе метрологических исследований используют аттестованные газовые смеси и образцовые средства измерения. Выбор метода аттестации зависит от концентрации и свойств определяемого и сопутствующих компонентов. Аттестацию газовых смесей выполняют, напр., по методикам, предусматривающим измерение расхода, давления и объема смешиваемых чистых газов, определение отношения масс компонентов смеси (с помощью аналитических газовых весов), установления их точек замерзания и т.д. Используют также предварительно аттестованные с большей точностью методики химического анализа. В тех случаях, когда аттестовать смеси с высокой точностью по результатам косвенных измерений их свойств практически невозможно, применяют стандартные образцы газовых смесей. При этом для аттестации синтезированных газовых смесей в качестве стандартных образцов на высшем уровне точности пользуются результатами экспериментов, проведенных в нескольких лабораториях.
Использованная литература:
Тхоржсвский В. П., Автоматический анализ химического состава газов, М., 1969;
Коллеров Д.К., Метрологические основы газоаналитических измерений, М., 1967;
Грибов Л.А. [и др.], «Ж. Аналитическая химия», 1982, т. 37, в. 6, с. 1104;
Источник
Методы определения концентрации газов, паров и пыли в воздухе
Для контроля воздушной среды применяют различные методы: лабораторные, индикационные, экспресс методы, весовой, электрический и фотоэлектрический методы.
Лабораторные — колориметрический, нефелометрический, титрометрнчсский. Все методы точны, но длительны во времени. Быстроту и высокую чувствительность обеспечивают методы: полярографический, газовой хроматографии, ультрафиолетовой и инфракрасной спектроскопии, амперометрического титрования.
Индикационные просты и служат только для качественного определения вредных веществ. Применяются, когда нежелательно присутствие токсических веществ даже в малых концентрациях. Определение Н2S или фосгена осуществляется с помощью бумажки, пропитанной уксуснокислым свинцом или парадиметиламинобензальдегидом, которая соответственно чернеет или краснеет.
Экспресс методы. Определение концентрации Н2S производится с помощью индикаторной трубки, содержащей силикагель, на поверхность которого наносится уксуснокислый свинец. Через трубку прокачивается анализируемый воздух. По шкале определяют концентрацию Н2S в мг/л.
Газоанализатор ПГФ-1 служит для определения концентрации горючих газов с помощью платиновой проволочки, включенной в массовую схему. При сжигании газов стрелка гальванометра, отградуированного в мг/л, отклоняется тем больше, чем выше концентрация газа.
Весовым способом определяют концентрацию пыли в мг/м 3 по навеске пыли на фильтре, через который протягивается исследуемый воздух определенного объема.
Электрический метод определения концентрации пыли заключается в осаждении ее в электрическом поле высокого напряжения и последующем подсчете частиц под микроскопом.
Фотоэлектрический метод. Концентрация пыли определяется фотоэлементом, в котором возбуждается ток, измеряемый гальванометром, шкала которого отградуирована в г/м 3 воздуха.
4.9. Санитарные группы технологических процессов. Состав бытовых помещений на предприятии В СООТВЕТСТВИИ СО СНиП 2.09.04-87
Производственные процессы, осуществляемые в помещениях, в зависимости от тепловыделений, выделения влаги, пыли, особо загрязняющих веществ или требующие особого режима (для обеспечения качества продукции), подразделяются на 4 группы и соответствующие подгруппы. Каждой группе производственных процессов соответствует определенный состав санитарно-бытовых помещений. В состав бытовых помещений входят ножные ванны, душевые, помещения и устройства для охлаждения работающих — полудуши, кабины или поверхности радиационною охлаждения, помещения, помещения и устройства для обезвреживания и обеспыливания специальной одежды (при процессах со значительным выделением пыли), помещения и устройства для мытья специальной обуви, для сушки специальной одежды и обуви (при воздействиях влаги), респираторных; при подземных работах — фляговые, ламповые, искусственная вентиляция, шкафов для одежды, дозиметрические камеры, маникюрные гардеробные, умывальники, туалеты. При выборе состава бытовых помещений необходимо руководствоваться данными, приведенными в таблице.
Согласно перечню спецпроизводств, приведенному в ПУП/5/ к группе
1а — относятся дефектоскопия;
1б — склады спирта и эфира;
2в — горячая промывка (стабилизация) нитроцеллюлозы;
2г — отделение рыхления и сушки целлюлозы, отделение обезвоживания, мешателей, прессов, резки и провялки, флегматизация и сортировка графитованного пороха, прессование ВВ, навеска, просеивание;
2д — кристаллизация тэна и тетрила;
2е — хранение и межка кислот;
3а — склад и предварительная подготовка Пха, сушка и измельчение, смешение его с инертными порошками, хранение и перемешивание связки, сушка ТНТ, просеивание тэна, тетрила гексогена;
3в- измельчение селитры и сероугольной смеси.
| Группы произв. процессов | Санитарная характеристика производственных процессов | Спец. санитарно бытовые помещения и устройства |
| Производственные процессы, осуществляемые в помещениях, в которых избытки явного тепла незначительны (не более 20 ккал/ (м 3 ч) и отсутствуют значительные выделения влаги, пыли, особо загрязненных веществ: а) вызывающие незначительное загрязнение рук и спецодежды; б) вызывающие загрязнение рук, спецодежды, в отдельных случаях и тела; в) вызывающие загрязн. рук, тела. | Ножные ванны Душевые, ножные ванны То же | |
| Производственные процессы, осуществляемые при неблагоприятных метеорологических условиях, при значительных выделениях пыли, влаги, особо загрязненных веществ (кроме вредных): а) при значительных (более 20 ккал/ ( м 3 ч) избытках явного тепла в основном конвекционного б) при значительных (более 20 ккал/ (м 3 ч) избытках явного тела, в основном лучистого | — душевые помещения и устройства для охлаждения работающих -полудуши, кабины или поверхности радиационного охлаждения; помещения и устройства для обеспечения спецодежды (при процессах со значительным выделением пыли); | |
| в) связанные с воздействием влаги, вызывающим намокание спецодежды и обуви; | душевые, помещения и устройства для сушки спец. одежды и обуви, ножные ванны; | |
| г) связанные с воздействием на работающих пыли или особо загрязняющих веществ (кроме вредных), связанные с одновременным воздействием на работающих пыли и влаги, при подземных работах; | душевые помещения и устройства для мытья спец. обуви, для сушки спецодежды и обуви (при воздействии влаги) | |
| д) при температуре воздуха на рабочих местах ниже +10С, при работах на открытом воздухе. | душевые, ножные ванны, помещения и устройства для обогревания работающих, помещения и устройства для сушки спецодежды и обуви (при работах на воздухе), помещения и устройства для обеспыливания спецодежды и респираторные (при процессах с выделением пыли). | |
| Производственные процессы с резко выраженными вредными факторами: а) при воздействии на работающих веществ 1-го и 2-го класса опасности (согласно санитарным нормам проектирования пром. предприятий) или опасных при поступлении через кожу, а также сильно пахнущих веществ; | Душевые, помещения и устройства для обеспылевания спецодежды (при процессах с выделением пыли), а в необходимых случаях идея обезвреживания спецодежды и обуви, респираторные; | |
| б) при воздействии на работающих веществ 3-го и 4-го класса опасности; | То же | |
| в) при работе с инфицирующими материалами; | Душевые, помещения и устройства для обезвреживания спецодежды и обуви, для их сушки (при процессах, связанных с воздействием влаги), респираторные, искусственная вентиляция шкафов для одежды; Душевые, помещения для обезвреживания спецодежды, обуви и средств инд. защиты: респираторные, камеры | |
| г) при работе с открытыми источниками излучения. | ||
| Производственные процессы, требующие особого режима для обеспечения качества продукции: а) при переработке пищевых продуктов; б) при производстве стерильных материалов; | Душевые, маникюрные | |
| в) при производстве продукции, требующей особой чистоты при ее изготовлении. | Респираторные, маникюрные. |
1. Ножные ванны предусматривать при условии работы, производимой в основном при условии малой подвижности и охлаждения ног работающих.
2. Устройства для обогревания работающих следует предусматривать также при условии, если производственные операции связаны с постоянным соприкосновением рук работающих с холодными предметами (например, при разделке мороженого мяса, рыбы). Указанные устройства могут размещаться, в зависимости от условий работы, на рабочих местах и в помещениях отдыха, допускается предусматривать отдельные помещения для обогревания.
3. Устройства для охлаждения следует предусматривать в зависимости от интенсивности теплового облучения на рабочих местах: полудуши — при интенсивности облучения более 600 ккал/м 3 ч, устройства радиационного охлаждения — при интенсивности облучения более 1500 ккал/м 2 ч. Указанные устройства могут размещаться, в зависимости от условий работы на рабочих местах или в помещениях для отдыха.
Источник
