《分析儀器》課件

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1、2020/9/16,第七講分析儀器,編輯制作 劉 偉,本講內(nèi)容： 第一節(jié) 概述 第二節(jié) 熱導(dǎo)式氣體分析器 第三節(jié) 氧化鋯分析儀 第四節(jié) 原子吸收分光光度計 第五節(jié) 紅外光譜儀 第六節(jié) 氣相色譜分析儀 第七節(jié) 工業(yè)PH值酸度儀 第八節(jié) 微量水分析儀 第九節(jié) 有害氣體報警器,10:53,10:52:14,2020/9/16,第一節(jié)概述,自動成分分析儀表 （也稱為分析器）是一種定性和定量分析物質(zhì)組成的儀表，能直接指示物質(zhì)成分及含量。 成分分析儀表是基于混合物中某一組分區(qū)別于其他組分的物理、化學(xué)特性來進 行 分 析的。 工業(yè)自動成分分析儀表雖然種類繁多，但主要組成部分有分析部分、放大部分、顯

2、示部分、取樣與預(yù)處理部分、程序升溫控制器及穩(wěn)壓電源裝置。,2020/9/16,第二節(jié)熱導(dǎo)式氣體分析器,一、基本知識 在熱傳導(dǎo)過程中，不同物體的熱傳導(dǎo)率不同。對于彼此間無相互作用的多組分混合氣體，它的導(dǎo)熱系數(shù)可近似地認為是各組分導(dǎo)熱系數(shù)的算術(shù)平均值，即,設(shè)待測組分為，并且,式中 混合氣體的導(dǎo)熱系數(shù)； 混合氣體中第組分的導(dǎo)熱系數(shù) 混合氣體中第組分的體積分。,只要測得混合氣體的總的導(dǎo)熱系數(shù)，就可以得出待測組分的含量，從而達到分析測量的目的。,2020/9/16,氣體的導(dǎo)熱系數(shù)與溫度有關(guān)，工程上用下式表示，即 （） 所以，利用導(dǎo)熱系數(shù)隨待測組分含量變化這一特性來分析該組分含量時，必須滿足下列三個條件

3、： 待測組分的導(dǎo)熱系數(shù)與其余組分的導(dǎo)熱系數(shù)相比，要有顯著的差別，差別越大，測量越靈敏； 非待測組分的導(dǎo)熱系數(shù)要盡可能相同或十分接近； 測量時，溫度恒定或在一定的允許范圍內(nèi)。,10:52:14,2020/9/16,二、熱導(dǎo)式氣體分析器的測量原理,左圖所示為熱導(dǎo)式氣體分析器發(fā)送器的氣室，它是熱導(dǎo)分析器的主要部件，熱導(dǎo)室中的電阻絲 通入電流加熱，所產(chǎn)生的熱量經(jīng)過被測氣體的熱傳導(dǎo)散熱、氣體的對流散熱、電阻絲的輻射散熱及其軸向傳導(dǎo)散熱四個途徑散失，恰當?shù)卦O(shè)計熱導(dǎo)室結(jié)構(gòu)，合理地選擇電阻及電流的數(shù)值，可以保證散熱主要通過氣體的熱傳導(dǎo)進行。當加熱電流一定時，電阻絲溫度的高低，就取決于導(dǎo)熱能力的強弱，亦即取決于

4、導(dǎo)熱系 數(shù) 的 大 小。不 同 溫 度 的 電 阻 絲 就 有 相 應(yīng) 的 不 同 阻 值， 這樣，導(dǎo)熱系數(shù)的測量就通過發(fā)送器變成了電阻值的測量，而電阻值又可以通過電橋來測量。,2020/9/16,在熱導(dǎo)式氣體分析器中，通常是用四個熱導(dǎo)室組成的電橋來測量的，如左圖所示的 RD 型分析器的電橋。 QRD 型分析器則采用雙橋測量系統(tǒng)，由于兩個電橋的電壓和溫度條件相同，電源電壓的波動和環(huán)境溫度變化的影響就沒有多大關(guān)系了，如右圖所示。,2020/9/16,第三節(jié) 氧化鋯分析儀,氧化鋯分析儀由檢測部分(氧化鋯探頭)和顯示儀表兩部分組成。它的作用是先用氧化鋯探頭將被測介質(zhì)中氧氣含量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，再由顯示儀

5、表部分對測得的電信號進行處理并顯示出來。 由于氧化鋯分析儀具有結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性好，靈敏度高，響應(yīng)快價格便宜，測量范圍寬、安裝維修方便等優(yōu)點。因而自20世紀60年代開始使用，直到目前仍是較為常用的在線氧量分析儀表。,2020/9/16,一、氧化鋯探頭,2020/9/16,組成氧化鋯探頭的主要部件是氧化鋯管，另外還有加熱絲、測溫元件和溫度控制裝置等附加部分，其結(jié)構(gòu)原理圖 。 氧化鋯探頭是氧化鋯分析儀的檢測部分，是分析儀的核心，又叫檢測器或傳感器。它的作用是將被檢測樣氣進行過濾，對外輸出與被測氧含量成對應(yīng)關(guān)系的電信號。,2020/9/16,二、各部分的作用及工作原理,陶瓷過慮器7有兩個作用：一是除去

6、氣樣中的灰塵等雜質(zhì)，防止電極被污染；二是起緩沖作用，減少氣流沖擊所引起的噪聲。當被測介質(zhì)（進煙氣）經(jīng)陶瓷過慮器7進入探頭后，由氧化鋯管1和內(nèi)外鉑電極2組成的氧濃差電池，將被測氧含量轉(zhuǎn)換成對應(yīng)關(guān)系的電信號，經(jīng)鉑電極引線3對外輸出。安裝在陶瓷過濾器與鋯管之間的熱電偶，檢測出鋯管的工作溫度并送給外部恒溫控制器，恒溫控制器通過加熱爐絲6來控制爐溫，以保證探頭工作在設(shè)定的恒溫范圍內(nèi)。,2020/9/16,氧化鋯管是因為把固體氧化鋯材料做成管狀而得名。當在氧化鋯管的內(nèi)、外兩側(cè)分別安裝多孔鉑電極2后，就會形成一個電解質(zhì)濃差電池，如圖63所示。,圖63 氧化鋯濃差電池原理圖,在氧化鋯材料中摻入適量的氧化鈣（C

7、aO），氧化鋯的晶體內(nèi)就會產(chǎn)生一些氧離子空穴，由于這些空穴存在，在650850的高溫下，氧化鋯材料就會變成固體電解質(zhì)。此時，若氧化鋯材料表面有氧，就會發(fā)生氧化還原反應(yīng)。當兩表面氧濃度（或含量）有差異時，氧離子空穴會移動而產(chǎn)生電動勢，這個電動勢就稱為濃差電勢。兩側(cè)的多孔鉑膜是電池的兩個引出電極，該電池所產(chǎn)生的電動勢大小，完全可以由涅恩斯特(Nernst)公式（詳見其它資料）計算出來。通常是選定一種已知氧濃度的氣體（一般用空氣）作為參比氣體，只要測得氧濃差電勢E，即可求得被測氣體的氧含量Px。由此可以看出，氧化鋯分析儀是依據(jù)電解質(zhì)濃差電池原理來實現(xiàn)氧含量測量的儀表。,2020/9/16,溫度調(diào)節(jié)器

8、和顯示儀表通常是一塊儀表所具有的兩個功能單元，有時籠統(tǒng)的稱為二次儀表或顯示部分，其作用是控制探頭中加熱器的加熱溫度，并將探頭輸出的濃差電勢進行處理，并顯示出來。 溫度調(diào)節(jié)器實質(zhì)上是一個溫度控制電路，與熱電偶和加熱電絲組成一個恒溫控制系統(tǒng)。由熱電偶來測量氧化鋯管的工作溫度，當溫度偏離設(shè)定值時，通過溫度控制電路中的可控硅來控制加熱絲的加熱狀態(tài)度，從而實現(xiàn)恒溫控制。,2020/9/16,顯示儀表的電路較為復(fù)雜，從信號處理過程上來看，確實可以將它作為一塊獨立儀表。因為它含有接收（或檢測）濃差電勢的輸入電路、將電勢信號處理成滿足顯示要求的轉(zhuǎn)換放大電路以及輸出顯示三大部組成。同其它顯示儀表一樣，儀表中也含

9、有用于對量程和測量零點的進行調(diào)整的量程選擇電路；轉(zhuǎn)換放大部分在滿足顯示要求下，可以對外輸出標準信號，具有信號遠傳功能。近年來在氧化鋯分析儀的二次儀表中引入了CPU微處理器，使氧化鋯分析儀向著智能化發(fā)展，成為測量氧含量的最為方便的檢測工具。,2020/9/16,第四節(jié)原子吸收分光光度計,一、原子吸收光譜法 原子吸收光譜法 又 稱 原 子 吸 收 分 光 光 度 法，是基本正蒸氣中被測元素基態(tài)原子對其原子共振輻射的吸收強度來測定樣品中被測元素含量的一種方法。 原子吸收光譜分析法的優(yōu)點如下。 檢出限低，靈敏度高。 測量精度好。 選 擇 性 強 ， 方 法 簡 便 ， 分 析 速 度 快 。 應(yīng)用范圍

10、廣。 原子吸收也有一些不足之處。測定某元素需要該元素的光源，不利于同時進行多種元素的測定；對一些難熔元素，測定靈敏度和精密度都不是很高；非火焰原子化法雖然 靈 敏 度高，但準確度和精密度不夠理想，有待于進一步改進提高。,10:52:14,2020/9/16,二、原子吸收分光光度計的結(jié)構(gòu)及原理,單光束儀器，只有一條光路。此類型儀器結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，但會受到光源不穩(wěn)定因素的影響產(chǎn)生基線漂移。,雙光束儀器，由光源發(fā)射出的光經(jīng)調(diào)制后被切光器分成兩束：一束為測量光束；另一束為參比光束 （不經(jīng)過火焰），兩束光交替進入單色器和檢測器。由于兩束光來自同一光源，光源的漂移通過參比光束的作用得到補償，從而獲得穩(wěn)

11、定的信號。,10:52:14,2020/9/16,檢測器及放大器讀數(shù)裝置,檢測器的作用是將單色器分出的光信號進行光電轉(zhuǎn)換。一般用光電倍增管作為檢測器。光電倍增管的外殼由光學(xué)玻璃或石英制成，內(nèi)部抽真空，在陰極上涂有能發(fā)射電子的光敏物質(zhì)，在陰極和陽極間有一系列次極電子發(fā)射極，即電子倍增極。,10:52:14,2020/9/16,第五節(jié)傅里葉變換紅外光譜儀,一、基本知識 紅外線是一種看不見的光，是一種電磁波，波長范圍為010000。通 常把紅外 區(qū)分成三個區(qū)。 波 長 0.82.5為 近 紅 外 區(qū)， 波 長 2.525為 中 紅 外 區(qū)， 波 長 2510000 為遠紅外區(qū)。若以連續(xù)波長的紅外線

12、為光源照射樣品，所測得的吸收光譜，簡稱紅外光譜。通常所說的紅外光譜是指中紅外區(qū)。 紅外光譜是依據(jù)樣品在紅外區(qū)吸收譜帶的位置、強度、形狀、個數(shù)，并參照譜帶與溶劑濃度等關(guān)系來推測分子的空間構(gòu)造，求化學(xué)鍵的力常數(shù)，鍵長和鍵角，推測分子中某種官能團的存在與否，推測官能團的鄰近基團，確定化合物的結(jié)構(gòu)。 目前紅外光譜儀可分為色散型紅外光譜儀和傅里葉變換紅外光譜儀。,10:52:14,2020/9/16,二、傅里葉變換紅外光譜儀,傅里葉變換紅外光譜儀 是通過測量干涉圖和對于干涉圖進行傅里葉變換的方法來獲得紅外光譜。 邁克遜干涉儀是傅里葉變換紅外光譜儀的核心。通過邁克遜干涉儀發(fā)生光的干涉過程，在不同光程差

13、處測量混合的紅外光的干涉圖，經(jīng)過傅里葉變換得到常見的紅外光譜圖。 邁克遜干涉儀(圖見下頁) 已知干涉圖，從數(shù)學(xué)觀點講是傅里葉變換，所以計算機的任務(wù)是進行傅里葉逆變換，以得到人們所熟悉的透過率隨波數(shù)變化的紅外光譜圖。實際上干涉儀并沒有把光按頻率分開，而只是將各種頻率的光信號經(jīng)干涉作用調(diào)制為干涉圖函數(shù)，再由計算機通過傅里葉逆變換計算出原來的光譜。,10:52:14,2020/9/16,10:52:14,2020/9/16,. 傅里葉變換紅外光譜儀結(jié)構(gòu)及工作原理,光學(xué)系統(tǒng)控制線路的主要任務(wù)是把檢測器要的信號經(jīng)放大鏡、濾波器等處理，然后送到計算機接口，再經(jīng)處理后送到計算機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。計算機通過接口

14、與光學(xué)測量系統(tǒng)電路相連，把測量得到的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)信號，在計算機內(nèi)通過試樣后得到含試樣信息的干涉圖進行采集，并經(jīng)過快速傅里葉變換，得到吸收強度或透光度隨頻率或波數(shù)變化的紅外光譜圖。,10:52:14,2020/9/16,一、基本知識 二、氣相色譜儀流程 三、氣相色譜儀的組成,第六節(jié) 氣相色譜分析儀,2020/9/16,氣相色譜儀器,,,,10:52:14,2020/9/16,氣相色譜儀器,,,,10:52:14,2020/9/16,氣相色譜儀器,,,,2020/9/16,美國氣相色譜儀,國產(chǎn)氣相色譜儀,2020/9/16,一、概述,色譜分析法定義：色譜分離技術(shù)是借助色譜分離原理而使混合物中

15、各組分分離的技術(shù)；將色譜分離技術(shù)應(yīng)用于分析化學(xué)，稱為色譜分析。 色譜分析法又稱為色層法、層析法。,2020/9/16,色譜法的分類 按物理狀態(tài)分類 根據(jù)流動相的物態(tài)：氣相色譜法(GC)和液相色譜法(LC) 根據(jù)固定相的物態(tài)：氣-固色譜法、氣-液色譜法、液-固色譜法、液-液色譜法 按使用的形式分類 (1)柱色譜、(2)紙色譜、 (3)薄層色譜 按分離機理分類 (1)吸附色譜、 (2)分配色譜、 (3)離子交換色譜、 (4)凝膠色譜,2020/9/16,色譜法的特點 (1)高選擇性 、(2)高效能、 (3)高靈敏度可以分析質(zhì)量分數(shù)為10-610-9數(shù)量級、檢出限量低至10-1l g的物質(zhì)，適于微量

16、和痕量分析、,色譜法的應(yīng)用 (1)色譜分析廣泛應(yīng)用于極為復(fù)雜的混合物成分分析； (2)液相色譜法，在糖類、氨基酸、農(nóng)藥、染料、貴金屬、有機金屬化合物等方面得到了廣泛的應(yīng)用。 (3)色譜分離是一種非常有效的提純物質(zhì)的技術(shù)，常用于制備分離，得到高純樣品。 (4)色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀已成為研究分子結(jié)構(gòu)的重要手段。,2020/9/16,氣相色譜法的特點,高效能 填充柱都有幾千塊理論塔板 毛細管柱可達104塊105塊理論塔板，可以分析沸點十分相近的組分和極為復(fù)雜的多組分混合物,高選擇性 可分離同系物、同分異構(gòu)化合物。,2020/9/16,高靈敏度 可以檢測出10-11g10-13g物質(zhì) 痕量雜質(zhì)分析：可以測出

17、超純氣體、高分子單體、高純試劑中質(zhì)量分數(shù)為10-610-10數(shù)量級的雜質(zhì) 大氣污染物分析：可以直接檢出質(zhì)量分數(shù)為10-9數(shù)量級的痕量毒物 農(nóng)藥殘留物的分析：可以檢出農(nóng)副產(chǎn)品、食品、水質(zhì)中質(zhì)量分數(shù)為10-610-9數(shù)量級的氯、硫、磷化合物,分析速度快 一般分析可在幾分到幾十分內(nèi)可以完成，某些快速分析1s內(nèi)可以分析數(shù)個組分。,2020/9/16,二、基本知識,氣相色譜法（GC）是英國生物化學(xué)家 Martin A T P等人在研究液液分配色譜的基礎(chǔ)上，于1952年創(chuàng)立的一種極有效的分離方法，它可分析和分離復(fù)雜的多組分混合物。目前由于使用了高效能的色譜柱，高靈敏度的檢測器及微處理機，使得氣相色譜法成為

18、一種分析速度快、靈敏度高、應(yīng)用范圍廣的分析方法。,2020/9/16,1.概述 混合物最有效的分離、分析方法。 俄國植物學(xué)家茨維特在1906年使用的裝置： 色譜原型裝置，如圖。 色譜法是一種分離技術(shù)， 試樣混合物的分離過程也就是試樣中各組分在稱之為色譜分離柱中的兩相間不斷進行著的分配過程。 其中的一相固定不動，稱為固定相； 另一相是攜帶試樣混合物流過此固定相的流體（氣體或液體），稱為流動相。,2020/9/16,色譜法,當流動相中攜帶的混合物流經(jīng)固定相時，其與固定相發(fā)生相互作用。由于混合物中各組分在性質(zhì)和結(jié)構(gòu)上的差異，與固定相之間產(chǎn)生的作用力的大小、強弱不同，隨著流動相的移動，混合物在兩相間經(jīng)

19、過反復(fù)多次的分配平衡，使得各組分被固定相保留的時間不同，從而按一定次序由固定相中流出。,與適當?shù)闹髾z測方法結(jié)合，實現(xiàn)混合物中各組分的分離與檢測。 兩相及兩相的相對運動構(gòu)成了色譜法的基礎(chǔ),2020/9/16,2.色譜法分類,(1)氣相色譜：流動相為氣體（稱為載氣）。 按分離柱不同可分為：填充柱色譜和毛細管柱色譜； 按固定相的不同又分為：氣固色譜和氣液色譜,2020/9/16,液相色譜,(2)液相色譜：流動相為液體（也稱為淋洗液）。 按固定相的不同分為：液固色譜和液液色譜。 離子色譜：液相色譜的一種，以特制的離子交換樹脂為固定相，不同pH值的水溶液為流動相。,2020/9/16,(3)其他色

20、譜方法,薄層色譜和紙色譜： 比較簡單的色譜方法,凝膠色譜法：測聚合物分子量分布。 超臨界色譜: CO2流動相。 高效毛細管電泳: 九十年代快速發(fā)展、特別適合生物試樣分析分離的高效分析儀器。,2020/9/16,3.色譜分離過程,色譜分離過程是在色譜柱內(nèi)完成的。 填充柱色譜: 氣固(液固)色譜和氣液(液液)色譜，兩者的分離機理不同。 氣固(液固)色譜的固定相: 多孔性的固體吸附劑顆粒。 固體吸附劑對試樣中各組分的吸附能力的不同。 氣液(液液)色譜的固定相: 由 擔(dān)體和固定液所組成。 固定液對試樣中各組分的溶解能力的不同。 氣固色譜的分離機理: 吸附與脫附的不斷重復(fù)過程；

21、氣液色譜的分離機理： 氣液(液液)兩相間的反復(fù)多次分配過程。,2020/9/16, 氣相色譜分離過程,當試樣由載氣攜帶進入色譜柱與固定相接觸時，被固定相溶解或吸附; 隨著載氣的不斷通入，被溶解或吸附的組分又從固定相中揮發(fā)或脫附; 揮發(fā)或脫附下的組分隨著載氣向前移動時又再次被固定相溶解或吸附; 隨著載氣的流動，溶解、揮發(fā)，或吸附、脫附的過程反復(fù)地進行。,2020/9/16, 分配系數(shù)K,組分在固定相和流動相間發(fā)生的吸附、脫附，或溶解、揮發(fā)的過程叫做分配過程。在一定溫度下，組分在兩相間分配達到平衡時的濃度（單位：g / mL）比，稱為分配系數(shù)，用K 表示，即：,分配系數(shù)是色譜分離的依據(jù)。,20

22、20/9/16,色譜柱的柱效能 塔板高度： H=L/n,理論塔板數(shù),色譜柱長,同長度的色譜柱塔板數(shù)越多，塔板高度H越小， 分離效果越好。,2020/9/16,色譜流出曲線與術(shù)語,基線 無試樣通過檢測器時，檢測到的信號即為基線。 保留值,時間表示的保留值 保留時間（tR）：組分從進樣到柱后出現(xiàn)濃度極大值時所需的時間；,（動畫）,死時間（tM）：不與固定相作用的氣體（如空氣）的保留時間； 調(diào)整保留時間（tR ）：tR= tRtM,2020/9/16,用體積表示的保留值,保留體積（VR）： VR = tRF0 F0為柱出口處的載氣流量， 單位：m L / min。

23、死體積（VM）： VM = tM F0 調(diào)整保留體積(VR)： V R = VR VM,（動畫）,2020/9/16, 相對保留值r21,組分2與組分1調(diào)整保留值之比： r21 = tR2 / tR1= VR2 / VR1,相對保留值只與柱溫和固定相性質(zhì)有關(guān)，與其他色譜操作條件無關(guān)，它表示了固定相對這兩種組分的選擇性。,2020/9/16, 區(qū)域?qū)挾?用來衡量色譜峰寬度的參數(shù)，有三種表示方法： 標準偏差()：即0.607倍峰高處色譜峰寬度的一半。 半峰寬(Y1/2)：色譜峰高一半處的寬度 Y1/2 =2.354 峰底寬(Wb)：Wb=4 ,2020/9/16,三、氣相色譜

24、結(jié)構(gòu)流程,載氣系統(tǒng),進樣系統(tǒng),色譜柱,檢測系統(tǒng),溫控系統(tǒng),,,,,,,2020/9/16,氣相色譜儀,2020/9/16,結(jié)構(gòu)流程,,,,2020/9/16,四、氣相色譜儀主要部件,1. 載氣系統(tǒng) 包括氣源、凈化干燥管和載氣流速控制；,常用的載氣有：氫氣、氮氣、氦氣； 凈化干燥管：去除載氣中的水、有機物等雜質(zhì)（依次通過分子篩、活性炭等）； 載氣流速控制：壓力表、流量計、針形穩(wěn)壓閥，控制載氣流速恒定。 載氣由壓縮氣體鋼瓶供給，經(jīng)減壓閥、穩(wěn)壓閥控制壓強和流速，由壓強計指示氣體壓強，然后進入檢測器熱導(dǎo)池的參考臂，繼而進入色譜柱。最后通過熱導(dǎo)池、流量計而放入大氣。,2020/9/16,氣相色譜對載氣的

25、基本要求： （1）純凈 通過活性炭或分子篩凈化器，除去載氣中的水分、氧等有害雜質(zhì)。 （2）穩(wěn)定 采用穩(wěn)壓閥或雙氣路方式：,2020/9/16,2. 進樣裝置,進樣裝置：進樣器+氣化室； 氣體進樣器（六通閥）：推拉式和旋轉(zhuǎn)式兩種。 試樣首先充滿定量管，切入后，載氣攜帶定量管中的試樣氣體進入分離柱；,2020/9/16,液體進樣器：,不同規(guī)格的專用注射器，填充柱色譜常用10L；毛細管色譜常用1L；新型儀器帶有全自動液體進樣器，清洗、潤沖、取樣、進樣、換樣等過程自動完成，一次可放置數(shù)十個試樣。,氣化室：將液體試樣瞬間氣化的裝置。無催化作用。對汽化室的要求是：（1）體積小；（2）熱容量大；（3）對

26、樣品無催化作用,2020/9/16,,,,,,,載氣入口,接色譜柱,散熱片,加熱塊,,,,,汽化室示意圖,2020/9/16,進樣系統(tǒng),2020/9/16,3. 色譜柱（分離柱）,色譜柱：色譜儀的核心部件。 柱材質(zhì)：不銹鋼管或玻璃管，內(nèi)徑3-6毫米。長度可根據(jù)需要確定。 柱填料：粒度為60-80或80-100目的色譜固定相。 液-固色譜：固體吸附劑 液-液色譜：擔(dān)體+固定液 柱制備對柱效有較大影響，填料裝填太緊，柱前壓力大，流速慢或?qū)?柱堵死，反之空隙體積大，柱效低。,2020/9/16,,色譜柱是氣相色譜儀的分離系統(tǒng)，它是色譜儀的核心部件，其作用是分離樣品。色譜柱主要

27、有兩類：填充柱和毛細管柱。 1）填充柱 填充柱由不銹鋼或玻璃材料制成，內(nèi)裝固定相，一般內(nèi)徑為24 mm，長13m。填充柱的形狀有U型和螺旋型二種。 2）毛細管柱毛細管柱又叫空心柱，分為涂壁，多孔層和涂載體空心柱。涂壁空心柱是將固定液均勻地涂在內(nèi)徑0.l0.5 mm的毛細管內(nèi)壁而成，毛細管材料可以是不銹鋼，玻璃或石英。 毛細管色譜柱滲透性好，傳質(zhì)阻力小，而柱子可以做到長幾十米。與填充往相比，其分離效率高（理論塔板數(shù)可達106）、分析速度塊、樣品用量小，但柱容量低、要求檢測器的靈敏度高，并且制備較難。,2020/9/16,分離系統(tǒng),2020/9/16,（1）固體固定相： 固體吸附劑包括活性碳

28、、硅膠、Al2O3、分子篩等；用于H2、O2、N2、CO、CO2、C1-C4的分離；,（2）液體固定相,固定液,2020/9/16,4. 檢測系統(tǒng),色譜儀的眼睛， 通常由檢測元件、放大器、顯示記錄三部分組成； 被色譜柱分離后的組分依次進入檢測器，按其濃度或質(zhì)量隨時間的變化，轉(zhuǎn)化成相應(yīng)電信號，經(jīng)放大后記錄和顯示，給出色譜圖； 檢測器：廣普型對所有物質(zhì)均有響應(yīng)； 專屬型對特定物質(zhì)有高靈敏響應(yīng)； 常用的檢測器：熱導(dǎo)檢測器、氫火焰離子化檢測器；,2020/9/16,檢測器 作用：將色譜分離后的各組分的量轉(zhuǎn)變成可測量的電信號，然后紀錄下來。,要求：靈敏度高線性范圍寬 響應(yīng)速度快結(jié)

29、構(gòu)簡單 通用性強,常用檢測器：熱導(dǎo)檢測器 氫火焰離子化檢測器 電子捕獲檢測器,2020/9/16,5. 溫度控制系統(tǒng),溫度是色譜分離條件的重要選擇參數(shù)； 氣化室、分離室、檢測器三部分在色譜儀操作時均需控制溫度； 氣化室：保證液體試樣瞬間氣化； 檢測器：保證被分離后的組分通過時不在此冷凝；,分離室：準確控制分離需要的溫度。當試樣復(fù)雜時，分離室溫度需要按一定程序控制溫度變化，各組分在最佳溫度下分離；,2020/9/16,在氣相色譜測定中，溫度是重要的指標，它直接影響色譜柱的選擇分離、檢測器的靈敏度和穩(wěn)定性。控制溫度主要指對色譜柱爐，氣化室，檢測器三處的溫度控制。色譜柱的溫度控制方式有恒溫和程

30、序升溫二種。 對于沸點范圍很寬的混合物，往往采用程序升溫法進行分析。程序升溫指在一個分析周期內(nèi)柱溫隨時間由低溫向高溫作線性或非線性變化，以達到用最短時間獲得最佳分離的目的。,2020/9/16,K是熱力學(xué)常數(shù)，隨溫度變化，溫度越高，K值越小，因此保留時間越短，據(jù)此，可通過柱溫調(diào)節(jié)分離程度。,2020/9/16,恒溫和程序升溫分析烴類化合物,2020/9/16,第七節(jié)工業(yè)pH計酸度儀,2020/9/16,pH計又稱酸度計，是測量溶液酸堿度的儀表。 工業(yè)pH計是能連續(xù)測量工業(yè)流程中水溶液的氫離子濃度的儀器。 一、 pH計的測量原理 工業(yè)pH計依據(jù)電位法測定溶液的pH值。 組成：發(fā)送部分和檢測部分。

31、 發(fā)送器由玻璃電報和甘汞電極組成，它的作用是把PH值轉(zhuǎn)換成直流信號。工業(yè)pH計的測量儀器一般用電子電位差計即可。,2020/9/16,一、 pH計的測量原理,電位測定法的基本原理是在被測溶液中插入兩個不同的電極，其中一個電極的電位隨溶液氫離子濃度的改變而變化，稱為工作電極；另一個電極具有固定的電位，稱為參比電極，這兩個電極形成一個原電池，如圖所示，穩(wěn)定兩電極間的電勢就可知道檢測溶液的pH值。,工業(yè)pH測量線路 1玻璃電極，2甘汞 電極，3pH指示表,2020/9/16,pH計組成示意圖,2020/9/16,電極電位和原電池 電極電位的產(chǎn)生 電極電位的大小 E0電極的標準電位 ; R氣體常數(shù)；

32、 T溶液的絕對溫度; F法拉第常數(shù)； n電極反應(yīng)中得失電子數(shù) 原電池,2020/9/16,氫電極 是指將氫放入含有氫離子的溶液中，由此產(chǎn)生的電位。 pH值測量方法 將待測溶液pH值的變化轉(zhuǎn)變成原電池電動勢的變化進行測量。,原電池示意圖,氫氫電極組成的原電池,2020/9/16,二、電極的結(jié)構(gòu),參比電極 常用的參比電極有甘汞電極和銀氯化銀電極。 甘汞電極 要滿足的三個條件：可逆性；重現(xiàn)性；穩(wěn)定性。標準氫電極基準，電位值為零(任何溫度)。,2020/9/16,甘汞電極,2020/9/16,2020/9/16,銀-氯化銀電極 銀絲鍍上一層AgCl沉淀,浸在一定濃度的KCl溶液中即構(gòu)成了銀-氯化銀電極

33、。,2020/9/16,工作電極 pH計的工作電極有玻璃電極、氫醌電極和銻電極等。工業(yè)上常用的是玻璃電極，銻電極主要用于測量半固體、膠狀物及水油混合物中的pH值。,2020/9/16,玻璃電極,如圖所示為一種常用普通式pH玻璃電極。當玻璃電極插入被測試樣時，在PH敏感玻璃膜內(nèi)部溶液(參比溶液)和被測溶液之間建立起氫離子的平衡狀態(tài)，對于給定的玻璃電極， H+是一個常數(shù)，則電極電位只與被測溶液氫離子濃度有函數(shù)關(guān)系。 玻璃電極受溫度的影響較大，必須把溫度補償電阻接入測量電路，以補償溫度對PH值測量的影響。玻璃電極的正常工作溫度在2 55之間。,2020/9/16,普通玻璃電極 1一導(dǎo)線 2

34、接地屏蔽線， 3一橡膠絕緣層 4一電極帽 5一樹脂充填物 6一高電阻玻璃 7一汞(電連接) 8一緩沖溶液 9一內(nèi)參比電極 10pH敏感玻璃,2020/9/16,玻璃膜的電位原理圖,玻璃電極,2020/9/16,玻璃電極的電阻與溫度的關(guān)系,2020/9/16,將鉑極片浸于飽和醌氫醌溶液中，即形成氫醌電極 氫醌電極的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，反應(yīng)速度快，但溫度影響大在高溫下電極電位不溫定等。 銻電極 是一種金屬金屬氧化物電極。其電極電位產(chǎn)生于金屬與覆蓋其表面上的氮化物的界面上。銻電極的結(jié)構(gòu)也比較簡單，可用于半固體等混合物中的pH值的測最，但測量稿度不高。適用于環(huán)境條件惡劣的場合。,2020/9/1

35、6, pH發(fā)送器的電動勢 玻璃電極和甘汞電極同時插在被測溶液是，就構(gòu)成了一個簡單的pH發(fā)送器。其實質(zhì)是一個原電池。,2020/9/16,三、PHG-21B型工業(yè)pH計,用于連續(xù)自動分析、測量工業(yè)流程中水溶液的酸堿度。 儀表的組成,PHG-21B型工業(yè)pH計組成框圖,2020/9/16,酸度發(fā)送器 組成：參比電極、工作電極、溫度補償電阻、外殼。 作用：把工業(yè)流程中水溶液的pH值轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電勢信號送給測量儀表酸度指示器（高阻轉(zhuǎn)換器）。 分類： 可拆卸式測量敞口容器中溶液的酸堿度。 常壓沉入式測量敞口容器中對電極有微量污染的溶液的酸堿度。 常壓流通式適用于測量常壓管道中溶液的酸堿度。 壓力流通式適

36、用于測量壓力0.11.0MPa的流通管道溶液的酸堿度。必須外加氣壓補償。 常壓流通式帶自動清洗發(fā)送器適用于測量常壓管道中對電極有微量污染的溶液的酸堿度。,2020/9/16,PHGF-12型沉入式酸度檢測器結(jié)構(gòu)圖,2020/9/16,PHGF-22型壓力流通式結(jié)構(gòu)圖,2020/9/16,PHGF-32型常壓流通式帶自動清洗檢測器,2020/9/16,高阻轉(zhuǎn)換器 作用：將發(fā)送器輸出的高內(nèi)阻信號，送給顯示儀表指示相應(yīng)的pH值。,高阻轉(zhuǎn)換器工作原理圖,2020/9/16,儀表的安裝和調(diào)校 維護時必須注意以下幾點： 玻璃電極勿倒置。甘汞電極內(nèi)從甘汞到陶瓷芯不能有氣泡，如有氣泡必須拆下清洗； 必須保

37、持玻璃接線柱、引線連接部分等的清潔，不能沾污油膩，切勿受潮和用汗手去摸，以免引起檢測誤差； 在安裝和拆卸發(fā)送器時，必須注意玻璃電極球泡不要碰撞，防止損壞，同時不宜接觸油性物質(zhì)。應(yīng)定時清洗玻璃泡可用0.1mol的HCl溶液清洗，然后浸在蒸餾水中活化。,2020/9/16,3.高阻轉(zhuǎn)換器檢查連接圖,2020/9/16,第八節(jié)工業(yè)電導(dǎo)儀,通過測定溶液的電導(dǎo)而求得溶液中電解質(zhì)濃度的方法稱為電導(dǎo)分析法。 工業(yè)電導(dǎo)儀又稱為濃度計。 電導(dǎo)：衡量電解質(zhì)溶液導(dǎo)電能力的物理量，電阻的倒數(shù)。單位：西門子 S，1S=1-1 電導(dǎo)率的物理意義：相距為1m, 面積為1m2的兩個平行板電極之間充滿電介質(zhì)溶液時的電導(dǎo)即相當

38、于單位體積電解質(zhì)溶液所表現(xiàn)出來的電導(dǎo)（右圖所示）。 單位為 S.m-1,,2020/9/16,一、工業(yè)電導(dǎo)儀的測量原理,溶液的 電導(dǎo)與電導(dǎo)率,,2020/9/16,D:介電常數(shù) :介質(zhì)的黏度 T:絕對溫度 A，B為與電解質(zhì)價型有關(guān)的常數(shù),電解質(zhì)溶液的電導(dǎo)與濃度的關(guān)系,電導(dǎo)率與溶液濃度的關(guān)系,2020/9/16,,2020/9/16,,2020/9/16, 溶液電導(dǎo)的測量方法 分壓測量線路 現(xiàn)在使用的電導(dǎo)儀一般采用電阻分壓原理，適用于低濃度、高電阻電解質(zhì)溶液的測量。,分壓法測量線路原理圖,2020/9/16,在測量低電阻時，為了防止極化現(xiàn)象，采用0002500HZ的高頻電壓也就是傳說中的高頻滴定

39、法,Rx,2020/9/16,電橋測量線路 電導(dǎo)是電阻的倒數(shù)，因此由試驗測出溶液的電阻，即可求出電導(dǎo)。測量溶液電阻要用(1000Hz)交流電橋，否則將改變電解質(zhì)溶液的組成。,,2020/9/16,平衡電橋法測量原理線路圖,不平衡電橋法測量原理線路圖,2020/9/16, 電導(dǎo)儀的刻度方法和電極常數(shù)的確定 濃度標尺刻度方法 電導(dǎo)率標尺刻度方法 電極常數(shù)K的確定方法,2020/9/16,二、電導(dǎo)檢測器,電導(dǎo)檢測器 是用來測量溶液電導(dǎo)的裝置，又稱為電導(dǎo)池，它是指包括電極在內(nèi)的充滿被測溶液的容器整體而言。 筒狀電極 環(huán)狀電極 工作電導(dǎo)池和參比電導(dǎo)池,筒狀電極,環(huán)狀電極,2020/9/16,電導(dǎo)池,20

40、20/9/16,影響溶液電導(dǎo)測量的因素 電極的極化 當電流通過電極時會發(fā)生氧化或還原反應(yīng)而引起電極附近溶液的改變，產(chǎn)生極化現(xiàn)象，導(dǎo)致測量誤差。 消除：在電極表面鍍上一層粉末狀的鉑黑，增大表面積，電極間電流相對增加，引起被測液電導(dǎo)率相對上升的數(shù)值與極化引起電導(dǎo)率下降抵消，從而減少測量誤差。,2020/9/16,電極電容的影響 可采用提高電源電壓的頻率或增大電阻的方法消除。 溫度的影響,電導(dǎo)率的大小與溶液的溫度、離子的性質(zhì)和濃度有關(guān)，在其它條件一定時，離子的濃度越大，其電導(dǎo)率越大。,每變化1，電導(dǎo)率變化2%，通常以25為基準溫度，其它溫度下?lián)Q算為25。,為溫度校正系數(shù)，取0.02,2020/9/1

41、6,消除溫度影響的方法： 電阻補償法 參比電導(dǎo)池補償法,電阻補償原理圖,2020/9/16,三、DDD-32B型工業(yè)電導(dǎo)儀,儀表的組成 檢測器轉(zhuǎn)換器 儀表的安裝與調(diào)校 儀表的安裝 儀表的調(diào)校 放大器校正 導(dǎo)線電容補償調(diào)整 溫度補償調(diào)整 儀表準確度的檢查,2020/9/16,DDD-32B型工業(yè)電導(dǎo)儀組成框圖,2020/9/16,檢測器結(jié)構(gòu)示意圖,2020/9/16,DDD-32B型工業(yè)電導(dǎo)儀電氣原理圖,2020/9/16,第九節(jié) 有害氣體報警器,一、有害氣體報警器的結(jié)構(gòu) 有害氣體報警器主要由采樣器、檢測元件、放大電路、報警系統(tǒng)、顯示器和電源等部分組成，組成方框圖，如圖所示。,2020/9/16

42、,檢測器也叫傳感器，是報警器的最關(guān)鍵部件，它是由敏感元件和測量電路組成。敏感元件多為電阻式，將被測成分的含量變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮璧淖柚底兓?。測量電路通常是一個電橋，將敏感元件的阻值轉(zhuǎn)變?yōu)椴黄胶怆妷簩ν廨敵?，輸出的不平衡電壓與被測氣體的含量成對應(yīng)關(guān)系。本次任務(wù)將重點介紹一些常見的應(yīng)用較為廣泛的檢測器。,2020/9/16,二、常用檢測器,1、氣敏傳感器 氣敏傳感器是一種把氣體中特定成分的含量轉(zhuǎn)換成電信號的器件。根據(jù)電信號的強弱，就可以獲得待測氣體在環(huán)境中存在狀況的有關(guān)信息，并依此可以進行檢測、監(jiān)控、報警，還可以通過接口電路與電子計算機或者微處理機組成自動檢測、控制和報警系統(tǒng)。 常見的氣敏傳感器多為半導(dǎo)

43、體式，其結(jié)構(gòu)原理圖，如圖1 (a)、(b) 所示。它由塑料底座、電極引線、氣敏元件(燒結(jié)體)、雙層不銹鋼網(wǎng)(防爆用)以及包裹在燒結(jié)體中的兩組鉑絲組成。其中，一組鉑絲作為工作電極，另一組為加熱電極兼工作電極。,2020/9/16,(a)氣敏燒結(jié)體 (b)氣敏傳感器外形 圖 1 氣敏傳感器結(jié)構(gòu)與測量電路 1一端子；2一塑料底座；3一燒結(jié)體；4一不銹鋼網(wǎng)； 5一加熱電極； 6一工作電極；,2020/9/16,氣敏元件的工作原理十分復(fù)雜，涉及材料的結(jié)構(gòu)、化學(xué)吸附及化學(xué)反應(yīng)，又分面電導(dǎo)變化及體電導(dǎo)變化等不同解釋模式。在高溫下，當N型半導(dǎo)體氣敏元件吸附上還原性氣體(如氫、一氧化碳、碳氫化合物和酒精

44、等)后，氣敏元件的電阻值將減??；若吸附氧化性氣體(如氧或N0等)后，氣敏元件的電阻值將增加。P型半導(dǎo)體氣敏元件情況相反，氧化性氣體使其電阻值減小，還原性氣體使其電阻值增加。,2020/9/16,氣敏元件工作時必須加熱，以加速被測氣體吸附或脫出，還可以燒去氣敏元件表面上的油垢或污垢物，起清洗作用。加熱溫度與元件輸出靈敏度有關(guān)，一般為200400。氣敏元件被加熱到穩(wěn)定狀態(tài)后，被測氣體接觸元件表面而被吸附，元件電阻值會產(chǎn)生較大變化。由于半導(dǎo)體氣敏傳感器是以被測氣體和半導(dǎo)體表面或氣體間的可逆反應(yīng)為基礎(chǔ)，所以能夠反復(fù)使用。,2020/9/16,半導(dǎo)體式氣敏傳感器的品種很多，其中金屬氧化物半導(dǎo)體材料制成的

45、數(shù)量最多，特性及用途也各異。金屬氧化物半導(dǎo)體材料主要有Sn02系列、Zn0系列及Fe2O3系列，由于它們的添加物質(zhì)不同，所以能夠檢測不同成分的氣體，主要用于檢測低濃度的可燃性氣體及毒性氣體，如C0、H2S、Cl2及乙醇、甲烷、丙烷、丁烷等碳氫系氣體，其測量范圍為10310-6量級。,2020/9/16,2、接觸燃燒氣敏傳感器,接觸燃燒氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)，如圖1所示。在鉑絲線圈上包以氧化鋁和黏合劑形成球狀，再經(jīng)燒結(jié)而成，其外表面覆有鉑、鈀等稀有金屬催化層。 對鉑絲線圈通以電流，使其保持高溫(300400)，此時若與可燃性氣體接觸，可燃性氣體就會在催化層上燃燒，產(chǎn)生熱量，因此鉑絲線圈溫度就會上升，電

46、阻值隨之上升。測量電阻變化，就可以知道可燃氣體濃度。,2020/9/16,圖2 所示為接觸燃燒氣敏傳感器的測量電橋。在電橋中接一個補償器，起到平衡作用(補償器與傳感器結(jié)構(gòu)相同，只是沒有催化層)。當空氣中有一定濃度的可燃性氣體，氣敏傳感器由于燃燒而阻值上升，電橋失去平衡，輸出不平衡電壓，實現(xiàn)檢測作用。,2020/9/16,3、溫差火災(zāi)報警傳感器,溫差火災(zāi)報警傳感器的結(jié)構(gòu)原理圖，如圖4所示，它由兩個溫度傳感器組成，一個溫度傳感器安裝在金屬板上，利用金屬板來檢測異常溫度；另一個溫度傳感器安裝在塑料殼體內(nèi)，它檢測正常室溫。在無火情時，兩溫度傳感器的溫度相同，輸出的電壓基本相等，無報警信號輸出。當有火情

47、時，安裝在金屬板上的溫度傳感器受熱而溫度升高較快，而安裝在塑料殼體內(nèi)的溫度傳感器溫度上升很慢，則輸出一個溫度差的電壓信號。當溫差電壓達到一定值時，就會發(fā)出報警信號,2020/9/16,圖4 溫差火災(zāi)報警傳感器,2020/9/16,4、煙霧傳感器,煙霧傳感器煙霧是是根據(jù)煙霧的有無來輸出信號的位式傳感器，通常有兩種類型。 、散射式 在發(fā)光管和光敏元件之間設(shè)置遮光屏，無煙霧時接收不到光信號，有煙霧時借微粒的散射光使光敏元件發(fā)出電信號。這種傳感器的靈敏度與煙霧種類無關(guān)。其原理示意如圖5(a)所示。,2020/9/16,圖5 煙霧傳感器,2020/9/16,、離子式 用放射性同位素镅241Am放射出微

48、量的射線，使附近空氣電離，當平行平板電極間有直流電壓時，產(chǎn)生離子電流。有煙霧時，微粒將離子吸附，而且粒子本身也吸收射線，圖煙霧傳感器 其結(jié)果是離子電流減少。若再設(shè)置一個密封有純凈空氣的離子室作為參比對象，將兩者的離子電流比較，就可以清除外界干擾，得到可靠的檢測結(jié)果。這種傳感器的靈敏度與煙霧種類有關(guān)。其原理示意圖，如圖5(b)所示。,2020/9/16,三、可燃氣體報警器控制器詳細說明,2020/9/16,可燃氣體報警控制器可接收檢測探頭的信號，實時顯示測量值，當測量值達到設(shè)定的報警值時，控制主機發(fā)出聲，光報警，同時輸出控制信號（開關(guān)量接點輸出），提示操作人員及時采取安全處理措施，或自動啟動事先

49、連接的控制設(shè)備，以保障安全生產(chǎn)。JH系列可燃氣體報警器主機適用于各種工業(yè)報警控制，壁掛式安裝，安裝簡單，操作方便，工作狀態(tài)穩(wěn)定，測量精度高?？扇細怏w報警器分為：煤氣報警器、天然氣報警器、氫氣報警器等?？扇細怏w報警器功能特點：液晶顯示接收標準，數(shù)字信號，開關(guān)量高精度，誤差小于02%F.S，抗干擾能力好；一個通道到256通道可選；報警點及全部參數(shù)可按鍵設(shè)定。,2020/9/16,2020/9/16,四、工業(yè)可燃氣體/有毒有害氣體監(jiān)控方案,2020/9/16,將可燃性氣體檢測探頭安裝于需要監(jiān)測的地方，可以多點監(jiān)控，檢測不同氣體的探頭可以連到同一個主機，探頭通過主機供電，當發(fā)生燃氣泄漏時，系統(tǒng)發(fā)出聲光

50、報警，同時啟動排風(fēng)扇等設(shè)備。主機可實時顯示可燃氣體濃度，報警點隨時可設(shè)定或修改，可設(shè)定雙高限報警。報警主機可與計算機相連，通過計算機設(shè)定所有參數(shù)，并實時顯示各監(jiān)測點的可燃性氣體濃度。多臺主機可以同時以485總線連到一臺計算機上。 連接線纜建議選用0.75mm以上三芯屏蔽電纜，長度在300米以內(nèi)； 控制器對每個探頭可以有兩點報警輸出；,2020/9/16,,1、采用專用的電化學(xué)傳感器，可靠性高、重復(fù)性好、穩(wěn)定性好且使用壽命長。 2、具有遲滯功能，當可燃性氣體濃度接近報警設(shè)定值時，避免繼電器觸點輸出不斷變化。 3、多種功能輸出，可輸出420mADC標準信號或RS一485總線信號；當有害氣體濃度超過報警設(shè)定值時，還可以輸出開關(guān)報警信號。 4、金屬外殼，有較強的抗腐蝕和抗電磁干擾性能。 5、固定式有害氣體報警器一般裝在現(xiàn)場，一定要注意防塵、防水。,五、有害氣體報警器特點,