Фотоколориметрические газоанализаторы. 
Мониторинг загрязнения окружающей среды

Фотоколориметрические жидкостные и ленточные газоанализаторы применяют для определения микропримесей газов, вступающих в цветную реакцию со специально подобранным реактивом. Колориметрический метод позволяет определять концентрацию вещества по интенсивности окраски раствора, используя закон Бугера — Ламберта — Бера (см. параграф 6.2).

В автоматических фотоколориметрических жидкостных газоанализаторах, как правило, применяют дифференциальные схемы, обычно с двумя фотонриемниками. Газоанализаторы, в которых концентрацию растворенного вещества определяют по интенсивности окраски, могут быть выполнены с периодической и непрерывной подачей абсорбента и газа равными порциями через равные промежутки времени.

Фотоколориметрический метод анализа обладает высокими чувствительностью и стабильностью. Высокая чувствительность метода объясняется возможностью накапливания анализируемого компонента в растворе или на индикаторной ленте. Высокая избирательность метода определяется специфичностью химической реакции между анализируемым компонентом и реактивом (индикатором).

Фотоколориметрические газоанализаторы применяют главным образом для измерения концентраций токсичных примесей (например, оксидов азота, 0₂, Cl₂, CS₂, 0₃, H₂S, NH₃, HF, фосгена, ряда органических соединений) в атмосфере промышленных зон и в воздухе промышленных помещений. Однако в настоящее время жидкостные фотоколориметрические газоанализаторы не нашли широкого применения.

Для ленточных фотоколориметрических газоанализаторов характерны весьма малый расход рабочего раствора и связанная с этим легкость достижения высокой чувствительности, так как отношение реагирующих количеств газа и реагента ленты бывает очень большим. Кроме того, окрашенная лента может служить документальным свидетельством изменения концентрации определяемого компонента в газе. Однако из-за неоднородности поверхности ленты и некоторых других факторов погрешность ленточных газоанализаторов выше погрешности жидкостных.

На рис. 8.14 показана измерительная схема ленточного газоанализатора. Принцип его действия основан на сравнении светового потока, отраженного от окрашенного в результате химической реакции пятна на ленте, с эталонным световым потоком. При выявлении возможности применения такого газоанализатора для различных газов определяющим является подбор индикаторного раствора, вызывающего цветную реакцию при взаимодействии с анализируемым компонентом.

Луч света от источника излучения 1 проходит через светофильтр 3, газовую камеру 5 и, отражаясь от цветового пятна на ленте 2, попадает на фотоприемник 4'. Такой же световой поток, отражаясь от ленты, попадает на фотоприемник 4. Затем сигналы от фотоприемников поступают в усилитель 6 и далее — на вторичный прибор 7. При отсутствии в смеси определяемого компонента световые потоки равны, равны и силы тока фотоприемников, вторичный прибор показывает ноль. При окраске ленты равновесие фотоэлектронной схемы нарушается, и вторичный прибор показывает концентрацию определяемого компонента в газовой смеси.

Рис. 8.14. Ленточный фотоколориметрический газоанализатор:

• 1 — источник излучения; 2 — индикаторная лента; 3 — светофильтр;
• 4 и 4' — фотоприемники излучения; 5 — газовая камера; 6 — усилитель;
• 7 — вторичный прибор

Иногда используют индикаторную ленту с жидким реактивом. В этом случае реактив наносят на ленту из капельницы непосредственно перед ее контактом с газом.

Принцип действия таблеточных и порошковых газоанализаторов такой же, как у ленточных, но эти приборы, как правило, циклического действия. Для получения чистой поверхности перед каждым циклом измерения срезается верхний окрашенный слой таблетки или заменяется порция порошка.

Время работы ленточных и таблеточных газоанализаторов без замены ленты или таблетки достигает 30 сут. и более. Источниками излучения в фотоколориметрических газоанализаторах обычно являются лампы накаливания и полупроводниковые светодиоды, фотоприемииками — фотоумножители, фотоэлементы, фотодиоды и фототранзисторы. Эти приборы позволяют с высокой избирательностью определять различные газообразные (парообразные) вещества в диапазоне концентраций 10^-5— 1%. Особенно высокую чувствительность имеют газоанализаторы периодического действия, но они имеют недостаток — некоторое запаздывание показаний.

Промышленный ленточный газоанализатор (рис. 8.15) предназначен для определения концентраций токсичных химических веществ в воздухе рабочей зоны. Прибор работает в циклическом режиме, принцип его действия основан на фотоколориметрическом методе анализа с выводом информации об измеряемой концентрации на цифровой дисплей.

Каждому измеряемому компоненту соответствует свой тип ленточного кассетного преобразователя, селективного к данному компоненту. При установке кассетного преобразователя в газоанализатор автоматически происходит настройка на измерение соответствующего компонента.

Измеряемые компоненты: N0₂, Cl₂, H₂S, HCl, NH₃, НДМГ, N₂H₄, О_э, S0₂. Диапазон измерений: 0—5 ПДК. Основная погрешность: в диапазоне 1—5 ПДК — относительная ±25%, в диапазоне 0—1 ПДК — абсолютная ±0,25 ПДК.

Рис. 8.15. Ленточный газоанализатор:

а — газоанализатор; б — лента Показания прибора отображаются одновременно на двух дисплеях — блока датчика и блока питания. Двухуровневая, не перестраиваемая сигнализация (1 и 5 ПДК) осуществляется замыканием сухих контактов реле блока питания, которые позволяют коммутировать цепи переменного тока до 100 мА и напряжением до 400 В. Емкость кассеты с индикаторной лентой составляет не менее 2500 циклов измерения.