авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 5 | 6 || 8 | 9 |   ...   | 11 |

«HERAUSGEBER тш Ж 3. AUFLAGE ИЗМЕРЕНИЯ В ПРОМ Ы Ш ЛЕНН ОСТИ В ТРЕХ КНИГАХ Под редакцией проф. докт. П. ...»

-- [ Страница 7 ] --

KS04 (насыщенный) Например, если в растворе при измерительной цепи Pt (рас­ твор) насыщ. NaCl, AgCl/Ag был измерен редокс-потенциал U = = +1000 мВ, то потенциал измерительного электрода, отнесен­ ный к стандартному водородному электроду, по расчету составит ен = U + вв = (1000 + 191) мВ.

Применяемые для измерений в промышленных условиях элек­ троды должны быть армированы. Датчики по своей конструк­ ции в основном соответствуют обычно применяемым для измере­ ний показателя pH. !

При измерениях окислительно-восстановительного потенциала в процессе обезвреживания сточных вод гальванических цехов i может оказаться необходимым очищать поверхность измеритель­ ного электрода. Это позволяет избежать помех, вызываемых осаждением гидроксидов металлов. И з способов очистки особенно хорош о зарекомендовало себя постоянное прошлифование по­ верхности электрода спеченным корундом.

К измерительным преобразователям при измерениях окисли­ тельно-восстановительного потенциала не предъявляют такие высокие требования, как при измерениях pH. Ввиду низкоом ности измерительных цепей (имеющих сопротивление всего не­ сколько кОм, что обусловлено в основном диафрагмой электрода сравнения) можно обойтись входными сопротивлениями около 10е Ом.

Остаточный ток во входной цепи должен быть менее 10~7 А.

В противном случае имеете» опасность поляризации электрода.

Многочисленность факторов, определяющих окислительно­ восстановительный потенциал (см. [23]), обусловливает невозмож­ ность применения ручной или автоматической температурной компенсации.

Из-за этого отпадает и возможность настройки по точке пере­ сечения изотерм, которая к тому же не поддается определению.

Встречающийся на практике диапазон окислительно-восстано­ вительных потенциалов располагается примерно от — 600 до 4 1800 мВ. За пределами этих значений в водных растворах начи Рис 3.10--107. Проточный датчик с одно* Рис. 3.10— 108. Нижняя часть датчика с стержневой измерительной ячейкой;

име- ус?ройством химической очистки стек ется позможность создания в электролит- ляниого электрода. Конусная стеклянная ной камере сравнительного электрода про- мембрана опрыскивается периодически тнродавления (см. текст;

фирма Ingold выходящим из сопла очистительным сред А О) ством (фирма Polymetron A. G) нается выделение водорода и кислорода. Однако и эти пределы постигаются лишь в редких случаях.

Все сказанное об измерителях показателя pH справедливо для конструкций измерительных преобразователей (рис. 3.10— и рис. 3.10— 108), 3.10.8. Титрометрия Титрометрический (объемный) анализ является весьма важным способом количественного химического анализа. Он прост и быстро дает надежные результаты. Процесс анализа можно почти всегда частично или полностью автоматизировать.

3.10.8.1. Х И М И Ч Е С К И Е РЕ А К Ц И И П РИ Т И Т Р О В А Н И И К раствору вещества, содержание которого необходимо опреде­ лить (раствору пробы, титранту), добавляют определенное коли­ чество раствора второго вещества (титрующий раствор) до тех пор, пока не будет достигнута конечная точка титрования (или при использовании полуавтоматических анализаторов — пока эта точка не будет несколько превышена). Оба вещества вступают между собой в химические реакции, которые должны протекать в одном направлении, быстро и стехиометрически.

При титровании обычно используют следующие реакции:

— нейтрализации (между кислотами и основаниями) [1, 3];

— окислительно-восстановительные (см. раздел 3.10.7 и [2, 31);

— седиментации (осаждения) [3];

— комплексообразования [3].

3.10.8.2. К О Н Е Ч Н А Я Т О Ч К А Т И Т Р О В А Н И Я (Т О Ч К А Э К В И В А Л Е Н Т Н О С Т И ) Конечная точка титрования достигается при введении количества титрующего раствора, эквивалентного количеству вещества, имею­ щемуся в титране. Расчет количества вещества в титранте пред­ ставляет собой стехиометрическур задачу.

П ри потенциометрических методах титрование нередко при­ водят за пределы конечной точки, а количество реактива, необхо­ димое для достижения эквивалентной точки, рассчитывают впо­ следствии.

3.10.8.3. К РИ В А Я ТИТРОВАНИЯ Н а рис. 3.10— 109 показаны участки кривых титрования различ­ ного рода и соответствующее расположение на них конечной точки Е Р. При титровании кислоты сильным основанием значение водо­ родного показателя pH в конечной точке тем выше, чем меньше степень диссоциации кислоты. Через Н + обозначена сильная (на­ пример, соляная) кислота.

Химическое состояние раствора титранта меняется по ходу титрования. Это может выразиться в изменении значения pH, окислительно-восстановительного потенциала или потенциала ио­ нов металла, которые поддаются измерению или передаются дру­ гой, присутствующей тут же химической системе (индикатору, изменяющему цвет). Измеряемая величина изображается графи­ чески (в виде кривой титрования) в зависимости от количества добавленного титрующего раствора, откладываемого по оси абс­ цисс. Такие кривые имеют характерную форму и могут быть подразделены на две группы. При титровании сильных кислот сильными основаниями и при осадочном титровании, а нередко и при хелатометрическом титровании получается характерная кривая типа 1 (рис. 3.10— 110). При титровании слабых кислот сильными основаниями или наоборот, а также при окислительно­ восстановительном титровании получается характерная кривая / /.

Кривые обоих типов имеют точку перегиба, которая точно сов­ падает с конечной точкой титрования или в некоторых случаях отклоняется от нее совсем незначительно. Кривые типа I I имеют также и точку перегиба с пологим поворотом. Эта точка соот­ ветствует половине расхода реактива до конечной точки титро Рис. 3.10— 109. Участка кривых титрова­ ния кислот различной силы одной и той ж е сильной щелочью. Справа — ход кри­ вых в непосредственной близости от ко* иечиой точки титрования Е Р. Изменение величины pH в непосредственной близости от конечной точки титрования тем меньше, чем слабее титруемая кислота вания. Ордината этой точки (pH или окислительно-восстанови тельный потенциал) приближенно соответствует показателю pKs титруемой кислоты или основания или их окислительно-восстано­ вительному стандартному (нормальному) потенциалу. В окисли тельно-восстановительных системах, состояние которых зависит от величины p H, потенциал, снятый с кривой титрования, дол­ жен быть пересчитан на значение pH, равное нулю или 14. О с­ нову для такого пересчета дает равенство (23) в разделе 3.10.7.

Величина, обратная крутизне (тангенсу угла наклона) каса­ тельной, проведенной в какой-либо точке кривой титрования, представляет собой меру буферности р (буферной емкости) хими ческой системы или ее окислительно-восстановительного утяже­ ления. Этот показатель достигает максимума в точке перегиба кривой с пологим поворотом.

В титранте (анализируемом растворе) могут содержаться два вещества, поддающиеся титрованию. Если их стандартные пока­ затели, т. е. значения pKs для кислот, или стандартные потен­ циалы Е 0 для окислительно-восстановительных систем, доста­ точно существенно различаются между собой, то получаются двух­ ступенчатые кривые титрования с двумя точками перегиба с кру­ тым поворотом.

3.10.8.4. С П О С О Б Ы И Н Д И К А Ц И И К О Н ЕЧН О Й ТОЧК И ТИТРОВАНИЯ В некоторых редких случаях титрант или титрующий раствор имеют окраску. О краска того или иного химического вещества до и после химической реакции титрования неодинакова. Напри­ мер, часто применяемый в качестве титрующего вещества перман­ ганат калия имеет яркую красно-фиолетовую окраску. В резуль­ тате реакции титрования он обесцвечивается. Даже очень неболь­ шой избыток перманганата калия окрашивает титруемый раствор после прохождения конечной точки в заметный красный цвет.

Почти всегда необходима индикация конечной точки. Цвет­ ные индикаторы представляют собой красители, которые изме­ няют свой цвет при прохождении pH через конечную точку. И х добавляют в титруемый раствор в небольших количествах. Эти индикаторы являются кислотно-основными или окислительно­ восстановительными корреспондирующими системами, обе формы которых различно окрашены. Комплексообразующие красящие вещества в комплексной и свободной формах тоже имеют различ­ ные цвета.

Потенциометрический метод часто применяют для выявле­ ния конечной точки титрования. Концентрация одного из ионов, принимающих участие в реакции титрования, преобразуется ионоселективным электродом (см. раздел 3.10.7) в электрический потенциал (pH, окислительно-восстановительный потенциал, по­ тенциал иона металла или аниона). Изменение потенциала, по­ казанное ранее на кривых титрования (см. рис. 3.10— 109), дает хорош о различимую конечную точку. После определения точки перегиба по оси абсцисс на которой нанесены единицы объема, отсчитывают количество титрующего реагента, эквивалентное количеству титранта. Двухступенчатые кривые расшифровывают аналогично для обоих титруемых веществ. Такая возможность является существенным преимуществом потенциометрического оп­ ределения конечной точки.

Вещества, относящиеся к необратимой окислительно-восста­ новительной системе или к некоторым другим системам, не ф ор­ мируют на ионоселективном электроде однозначного потенциала и потому! не могут быть индицированы таким способом. В таких случаях доя индикации можно использовать электроды, питаемые током. И з полярографии известно — для электрода, поляризо­ ванного напряжением, имеется характерная зависимость между силой тока и напряжением. Максимальный устанавливающийся (диффузионный) ток при прочих заданных условиях пропорцио­ нален концентрации электрически активного вещества. Эта за­ висимость показана на рис. 3.10— 111 (вверху слева) для одного и того же вещества, при разных его концентрациях.

При амперометричес­ кой индикации конечной точки титрования исполь­ зуют электрод из благород­ ного металла, к которому приложено постоянное на­ пряжение. И з рис. 3.10— 111 видно, что в идеаль­ ных условиях зависимость между концентрацией ве­ щества и силой тока, про­ текающего по электроду и измеряемого во время тит­ рования, линейна. Если, Рис. 3.10 — 111. Диаграммы ток—-напряжение для например, электрически электрически активного вещества различной кон­ центрации (слева вверху);

полярограммы:

активное вещество содер­ а — амперометрия ( — const);

б — вольтампе жится в титранте, то ток рометрия (/ = const) в электроде во время ти­ трования будет уменьшаться по линейному закону до нуля. После достижения конечной точки титрования сила тока и при дополни­ тельном добавлении реактива будет оставаться практически по­ стоянной («прямая реактива»).

Точка пересечения прямой реакции с «прямой реактива»

представляет собой конечную точку титрования, и проекция ее на ось абсцисс позволит определить концентрацию электрически активного вещества.

К индикаторному электроду можно подвести и постоянный ток постоянной величины. П о методу вольтамперометрии в таком слу­ чае измеряют потенциал, устанавливающийся на электроде в ходе титрования (на рис. 3.10— 111 внизу слева). Изменение потен­ циала при этом уже не пропорционально изменению концентра­ ции электрически активного иона. Тем не менее вольтампероме трия нередко оказывается эффективным средством индикации конечной точки титрования.

Для конкретного случая нередко лишь опытным путем удается установить, какой метод — амперометрия или вольтампероме трия- — более целесообразен. Напряжение и ток, применяемые для поляризации, могут варьироваться, чтобы обеспечйть опти­ мальные условия.

Описанный в 3.10.6 способ кондуктометрии (измерения элек­ тролитической проводимости) тоже иногда используют для инди­ кации конечной точки титрования. По мере совершенствования потенциометрических методов, в том числе и с питаемыми током электродами, кондуктометрический способ в значительной мере потерял свое значение в титрометрии. Способ основан на том, что во время титрования в результате химической реакции ионы свя­ зываются или образуются новые. В итоге происходит характерное изменение электрической проводимости. Графически оно выра­ жается в изломе кривой в конечной точке титрования. Измерение осложняется присутствием посторонних электролитов, которые не принимают участия в реакции, но обеспечивают проводимость.

Относительные изменения проводимости при титровании из-за этого уменьшаются, так что требуются более чувствительные ме­ тоды для его измерения.

Иногда титрование проводят в высокочастотном поле. В этом случае конечную точку титрования можно зарегистрировать по изменению диэлектрической проницаемости или электрических удельных потерь, обусловленных средой.

Реакции титрования могут сопровождаться тепловым эффек­ том. Изображение температурной кривой как функции добавлен­ ного количества реактива, тоже дает график с изломом в конеч­ ной точке титрования. Практическое осуществление такого метода сложно, поскольку нужно обеспечить адиабатические условия процесса.

3.10.8.5. Т Е Х Н И К А Т И Т Р О В А Н И Я И ПРИМ ЕНЯЕМ Ы Е ПРИБОРЫ Титруемое и титрующие вещества должны находиться в растворе.

Исключение возможно только при кулонометрическом титровании.

Твердые вещества перед титрованием взвешивают и затем раство­ ряют. Неоднородные вещества взвешивают в большем количестве и растворяют в м е р н о й к о л б е. Затем для титрования ис­ пользуют лишь небольшую часть раствора. Слишком концентри­ рованные растворы веществ разбавляют в мерной колбе, а затем часть разбавленного объема вносят в сосуд для титрования.

В качестве с о с у д о в д л я т и т р о в а н и я чаще всего применяют химические стаканы (колбы Бехера) и колбы Эрлен мейера. Системы, чувствительные к кислороду воздуха, необхо­ димо титровать в закрытых сосудах;

кислород воздуха вытесняют каким-либо инертным газом, например, азотом. Через отверстия в крыше с притертыми пробками можно ввести электроды, на­ конечники бюреток (пипеток) и т. п.

В о время титрования необходимо эффективно перемешивать титрант и добавляемый титрующий раствор. В простейшем случае колбу Эрленмейера, в которой выполняют титрование, встряхи­ вают врунную. Для тщательного перемешивания желательно при­ менять механическую мешалку. Ш ироко используют также элек­ тромагнитные перемешивающие устройства.

Классическая бюретка представляет собой гра­ дуированную стеклянную трубку, установленную строго верти­ кально и имеющую внизу кран с заостренным наконечником для слива жидкости. Бюретка предназначена для дозированного до­ бавления тктрующего раствора. Израсходованное на проведение реакции количество его может быть отсчитано непосредственно по шкале. Для облегчения отсчета применяют, например, так на­ зываемые штрихи Шельбаха. Часто во избежание погрешности от параллакса при отсчете использованного объема деления нано­ сят по всему периметру трубки.

Согласно D IN 12700, бюретки имеют классы точности А и В.

Стандарт распространяется только на большие бюретки с ценой деления 0,05;

0,1 и 0,2 мл. Погрешность ни в коем случае не должна превышать объем, эквивалентный половине одного деле­ ния шкалы для класса точности А и целому делению шкалы для класса точности В. Тарировать можно только бюретки класса А.

Время вытекания не должно быть меньше определенного зна­ чения, которое для класса А тоже регламентируется. Титрующий раствор, смачивающий стенку бюретки, искажает результат от­ счета по шкале, если жидкость вытекает слишком быстро и от­ счет делается сразу же после ее отбора.

Чистоту бюретки необходимо поддерживать особенно тща­ тельно. Очень тонкий слой содержащих жир загрязнений на стенке бюретки приводит к тому, что отдельные капли жидкости зависают на стенке и искажают результат измерений. Использо­ вание и целесообразные способы очистки бюреток описаны в DIN12700.

Б ю р е т к и с п л у н ж е р о м работают по принципу вы­ теснения. В точно калиброванном стеклянном цилиндре передви­ гается плунжер постоянной формы (например, из тефлона), вытес­ няющий титрующую жидкость. Соединенный с ним резьбовой шпиндель (микрометрический винт) приводится во вращение при помощи барабана (маховичка), снабженного соответствующей внутренней резьбой. В простейшем случае выталкиваемый объем можно грубо отсчитывать по шкале перемещения шпинделя и более точно — по шкале на барабане. Плунжерные бюретки подобного рода могут управляться электродвигателем титрую­ щего прибора. Привод может формировать импульсы тока, про­ порциональные объему спускаемого титрующего раствора. При достаточно малых делениях уровень в бюретке может измеряться дистанционно электрическим способом с большой точностью.

Поскольку автоматическое переключение крана (из положения титрования в положение наполнения) представляет собой решен­ ную проблему, бюретка удовлетворяет всем требованиям, которые предъявляются к ней при создании полуавтоматического или автоматического титрующего прибора. Плунжерные бюрегки могут изготовляться по классу точности А.

Раствор титранта (анализируемой пробы) измеряется при по­ мощи п и п е т о к. Пипетки с меткой имеют определенный объем и рассчитаны на полный слив раствора. Для слива всей содержа­ щейся в пипетке жидкости пипетку устанавливают вертикально так, чтобы жидкость вливалась на наклонно расположенную стенку сосуда для титрования;

после опорожнения и некоторой выдержки концом пипетки дотрагиваются до стенки, сосуда для слива остатка жидкости, стекающего со стенок. Выдувание жид­ кости из пипетки приводит к ошибкам. Для поддержания чистоты пипеток применяют те же правила, что и при эксплуатации бюре­ ток (см. выше). Допускаемые погрешности тарировки бюреток классов А и В представлены в DIN12690.

Мерные пипетки выполняют аналогично бюреткам, но они не имеют крана. Ими можно отмерять часть содержащейся в пипетке жидкости. Мерные пипетки регламентируются DIN и 12696.

Пипетки наполняют подсасыванием, а указательный палец используется как затвор при достижении объемной отметки, а также для опорожнения. Едкие или ядовитые жидкости под­ сасывают специальной резиновой грушей.

Т и т р у ю щ и е р а с т в о р ы. Состав этих растворов дол­ жен быть известен точно. Раствор, содержащий 1 г-экв титрую­ щего вещества в 1 л раствора, считается одновременным (1 н).

При помощи 1 л 1 н. раствора можно оттитровать 1 г-экв опреде­ ляемого вещества. При необходимости применяют и более разбав­ ленные титрующие растворы. Приготавливать такие растворы может и сам пользователь, однако почти всегда отдается предпочте­ ние покупным титрующим растворам. Легко окисляемые вещества должны быть защищены от кислорода воздуха, а щелочные рас­ творы — от попадания диоксида углерода из воздуха. В некоторых случаях рекомендуется применять для хранения растворов сосуда из темного (коричневого) стекла. Так, например, на раствор ни­ трата серебра и на реактив Фишера свет влияет неблагоприятно.

Первичные реактивы для титрования представляют собой хими­ ческие вещества с точно определенным химическим составом.

При их приготовлении на аналитических весах взвешивают точ­ ное количество вещества и для проверки титруют приготовленным раствором титрующий раствор. Если будут установлены неболь­ шие отклонения от заданной концентрации, то для такого первич­ ного раствора указывается поправочный коэффициент, который должен учитываться при всех последующих титрованиях.

3.10.8.6. П РА К Т И К А ТИТРОВАНИЯ В предыдущих разделах уже были даны некоторые практические рекомендации. При ручном выполнении титрования реактив сна­ чала вводят в раствор титранта сравнительно большими порциями.

Как только появятся признаки приближения к конечной точке по поведению цветного индикатора или по изменению потенциала (при потенциометрическом контроле), порции уменьшают до нескольких капель или долей капли. Титрующие автоматы с ав­ томатически управляемым подходом к заранее выбранной конеч­ ной точке работают аналогичным образом. В других автоматиче­ ских титрующих устройствах нередко допускается отклонение от этого правила.

Рабочие места для титрования должны быть хорош о освещены поскольку изменение цвета индикатора необходимо оценивать визуально.

Визуальное и фотометрическое определение конечной точки Визуально можно зафиксировать только изменение цвета. Фото­ метрия позволяет проводить объективные измерения. Изменения цвета окрашенных растворов титранта нередко остаются неза­ метными для глаза;

спектральный фотометр может выявить их, если максимумы поглощения при собственной окраске и окраске индикатора достаточно далеки один от другого.

Выбор и поведение цветных индикаторов для начала следует пояснить на примере индикаторов кислота — основание. Некото­ рые данные могут быть распространены и на индикаторы дру­ гого рода.

Индикаторы системы кислота— основание (табл. 3.10— 17) ра­ ботают по следующей схеме:

Н 1 * * Н ++ Г. (1) И з соотношения pH - pKs + lg [I~1/[HI] (2) при общей концентрации индикатора с = 1 получается pH—рк$ ю (3) [П = P H -P K S 1 + 10г и [HI] = 1 - [!-] = (4) pH—pK si + ТАБЛИЦА 3.10 — КИСЛОТНЫ Е И ОСНОВНЫ Е ИНДИКАТОРЫ Наименование Изменение цвета pH РК индикатора СО Г Метилоранж 3,46 Красный-оранжево-жел тый Желтый-пурпуровый Бромфеноловый синий 3,0— 4, 4, Бромкрезоловый зеленый 3,8— 5, 4,90 Желтый-синий Бромтимоловый синий 7,30 6,2 — 7, Желтый-снннй 8,0 — 9, Тимоловый синий 9,20 Желтый-синий Фенолфталеин ~9,70 Бесцветный-красный 8,0 — 9, У одноцветного индикатора соединение H I бесцветно, а ион 1 ~ окрашен;

у двухцветных индикаторов оба компонента имеют раз­ личный цвет. Значение водородного показателя pH в вышеприве­ денных уравнениях, поскольку количество индикатора по отно­ шению к количеству вещества титранта и к добавляемому количе­ ству титрующего раствора практически пренебрежимо мало, определяется химической системой, подвергаемой титрованию.

И з уравнений (3) и (4) видно, что изменение цвета индикатора происходит в некотором диапазоне значений pH. Интервал изме­ нения цвета двухцветных индикаторов при визуальной оценке составляет около двух единиц pH, в пределах которых интен­ сивность окраски обеих окрашенных составляющих остается одинаковой. При применении одноцветных индикаторов оценка момента появления или ис­ чезновения окраски субъек­ тивна.

Изменение величины pH ЗЪ -Ъ - вблизи конечной точки при титровании систем кисло­ Рис. 3.10— 112. Принцип фотометрического измерения поглощения света: та— основание представлено 1 — лампа;

2 — монохроматор;

3 — сосуд для на рис. 3.10— 109. При очень титрования;

4 — фотоэлемент;

5 — усилитель;

б — показывающий прибор;

а — реактив из крутых кривых в зоне конеч­ бюретки ной точки (точки перегиба) графика титрования диапазон значения pH, необходимый для изменения цвета индикатора, очень мал и изменение цвета про­ исходит почти мгновенно. Чем слабее кислота или щелочь, под­ лежащие титрованию, тем меньше скачок pH в конечной точке и изменение цвета индикатора затягивается;

конечная точка выявляется лишь приблизительно. Наиболее благоприятные усло­ вия титрования обеспечиваются таким индикатором, для которого значение pKsi примерно равно значению pH в конечной точке титрования. Было бы неправильно выбирать при титровании слабой кислоты сильным основанием индикатор, имеющий pKsr 7 (например, метилоранж);

такой индикатор изменит цвет преждевременно, до окончания титрования.

С м е ш а н н ы е и н д и к а т о р ы состоят из двух крася­ щих веществ, из которых обычно только одно является индикато­ ром. В кислом или щелочном состоянии индикатора оба цвета являются дополнительными, и индикатор кажется на вид серым.

Как только один из компонентов изменит свою окраску смесь становится ярко окрашенной. Н а такие изменения глаз человека реагирует весьма чувствительно.

В титруемый раствор индикатор добавляют в виде водного или спиртового раствора в количестве нескольких капель.

Ф о т о м е т р и ч е с к о е т и т р о в а н и е осуществляется в монохроматическом свете. Пучок света, проходящий через сосуд для титрования, попадает на фотоэлемент (рис. 3.10— 112).

Мешалка не должна мешать прохождению лучей. Если интен­ сивность света на входе в сосуд для титрования равна / 0, то на выходе она будет равна I, причем / / 0, так как часть света поглощается индикатором при изменении цвета (одноцветный инди­ катор). Длину волны света выбирают так, чтобы она соответ­ ствовала максимуму поглощения составляющей индикатора. Сте­ пень поглощения характеризуется ослаблением Е, которое опре­ деляется как логарифм отношения / 0 и I:

Е = lg (/»//). (5) Согласно закону Ламберта— Б эра, ослабление определяется по формуле Е ~ г dc, (6) где е — коэффициент ослабления потока света в веществе;

d — толщина слоя, через который проходит свет;

с — концентрация вещества, т. е. [I- ] или [HI ].

Ослабление, показываемое измерительным прибором, при из­ мерении концентрации 1“ составит pH -pK st Е = ed...п. (7) 1 + iopH~pKsi V' Графическое изображение ослабления света в зависимости от количества добавленного титрующего раствора называется фотометрической кривой титрования. Если выполняется условие, равенства pKsi индикатора значению pH в конечной точке титро­ вания, то получается симметричная кривая, точка перегиба кото­ рой при крутом повороте соответствует конечной точке титрова­ ния. Если оба значения различаются между собой, то кривая получается несимметричной [4]. Индикация таким способом го­ раздо точнее визуальной оценки при медленном (тянущемся) изменении цвета. Возможна и автоматизация процесса титро­ вания.

Электрические способы определения конечной точки При потенциометрическом титровании прослеживается изменение потенциала на индикаторном электроде во время титрования (см. раздел 3.10.8.4). Н а практике при определении конечной точки титрования используют три способа:

регистрацию кривой титрования и графическое определение точки перегиба при крутом повороте;

задание известного потенциала конечной точки титрующему прибору, который автоматически добавляет реактив до тех пор, пока не будет достигнут этот потенциал;

добавление реактива одинаковыми объемными порциями и определение скачков потенциала. Точное положение конечной точки, которая обычно располагается между двумя добавками реактива, получают расчетом;

автоматическое добавление реактива разными по объему пор­ циями, зависящими от характера кривой титрования. Этот метод применяют в современных автоматических титраторах, управ­ ляемых микропроцессором.

Построение кривых титрования в простейшем случае может осуществляться по точкам. Добавляемое вручную количество реактива и соответствующие электродные потенциалы, измеренные каким-либо потенциометром, например рН-метром, наносят гра­ фически на прямоугольную координатную сетку. Электродные потенциалы следует замерять практически при отсутствии тока, рН,мВ р Н,п & Объем реакт и да Рис. 3.10— 113. Графическая расшифровка кривых титрования чтобы избежать погрешности, вызываемой поляризацией. Имею­ щиеся в продаже рН-метры, обычно имеющие также и шкалу потенциалов (в милливольтах), этому требованию удовлетворяют.

Однако более целесообразна автоматическая регистрация кривой титрования. В приборах, предназначенных для этой цели (на­ пример, в потенциографе), измеряемое напряжение (значение pH, окислительно-восстановительный потенциал) регистрируется на бумажной ленте при помощи пишущей сервосистемы. Система подачи бумаги и привод плунжерной бюретки механически или электрически связаны между собой, что позволяет градуировать бумагу в продольном направлении в единицах объема реактива.

Чем круче подъем регистрируемой кривой, тем медленнее должна осуществляться ее запись, так как показание потенциала уста­ навливается лишь с некоторой конечной скоростью, тогда как подача бумажной ленты производится с постоянной скоростью.

Автоматическая запись кривой титрования требует некоторого времени. Это время может быть сокращено при автоматическом регулировании скорости замедляющим приводы бумаги и бю­ ретки при приближении к конечной точке титрования и увеличе­ нии крутизны кривой титрования. Остальная часть кривой запи­ сывается на сравнительно большой скорости.

Положение точки перегиба, т. е. конечной точки титрования, определяют графически. Таббс [5] предлагает строить окружности одинакового радиуса, касающиеся кривой титрования. Прямая, соединяющая центры обеих окружностей, должна пересечь кри­ вую титрования в конечной точке Е Р (рис. 3.10— 113). Другой способ предусматривает проведение к двум точкам кривой парал­ лельных касательных. Прямая, параллельная обеим касательным и расположенная посередине между ними, тоже пересечет кривую титрования в конечной точке Е Р (см. рис. 3.10— 113). Касательные удобнее проводить так, чтобы они имели возможно больший угол наклона а. Для расшифровки (обработки) несимметричных кри­ вых достаточно эффективного способа не существует. При инди­ кации с применением поляризованных электродов нередко полу­ чают искаженные кривые и их расшифровка не свободна от неко­ торой произвольности. Определять коэффициент титрования пер­ вичного титрометрического раствора и конечную точку при ти­ тровании неизвестных растворов следует одинаковым способом, чтобы погрешность была минимальной.

Приборы, записывающие кривые титрования, нередко сна­ бжают приспособлениями для формирования первой производной (отношения разности приращений), которая и записывается вместо исходной кривой. Точки перегиба с крутым поворотом (конечные точки титрования) при этом записываются в виде острых пиков.

Такие кривые особенно легко поддаются расшифровке. Электрон­ ные дифференцирующие схемы имеют некоторую постоянную времени. Пики на кривых появятся в правильном месте только при сравнительно небольшой постоянной времени.

Потенциал в конечной точке (или значение pH в ней) при по­ тенциометрическом титровании можно определить по кривой ти­ трования. Его также можно рассчитать. Для такого расчета нужны данные, которые обычно бывают известны с недостаточной точ­ ностью, например, средняя активность раствора в конечной точке титрования. Определение потенциала в конечной точке не пред­ ставляет трудностей, если при титровании получается достаточно крутая кривая. Поэтому такое титрование выполняют почти всегда в автоматических титраторах, которые при достижении потенциала конечной точки прекращают подачу реактива. Чтобы избежать перетитровывания и, тем не менее, закончить титрова­ ние за короткое время, реактив вводят сначала быстро, а к концу все меньшими порциями с увеличением времени выдержки между порциями. Современные титрующие автоматы сами выявляют характер титрования (крутая или пологая кривая) и автоматически корректируют в связи с этим количество добавляемого реактива.

Введение в титруемый раствор каждый раз одинаковых объемов реактива в пределах 0,1— 1,0 см3 около точки титрования впервые описали Х ан и Вайлер [61. После добавки реактива и установле­ ния потенциала считывается результат измерений. Если при титро­ вании получается крутая кривая, то нужно добавлять малые по объему порции;

а если кривая титрования идет полого, то следует добавлять большие порции. Объем порции для точного достиже­ ния конечной точки определяется интерполяцией.

Фортьюин [7] представил математически ход титрования при реакции типа A -f D -AD. Реакция такого типа дает крутую * кривую титрования. Номограмма, построенная для определения конечной точки титрования, оказалась достаточно пригодной также и для расшифровки результатов титрований с пологой кривой.

Рис. 3.10— 114. Номограмма для расшифровки потенциометрических кривых титрования по Фортьюииу g дополнениями Коблера При титровании окислительно-восстановительных систем часто получают несимметричные кривые;

для их расшифровки^ по ме­ тоду Фортьюина необходимо выбирать достаточно малый объем добавки реактива До;

должно соблюдаться условие До 0,01 V, где V — объем титранта. Эту номограмму дополнил X. Коблер (рис. 3.10— 114). Ее использование поясняется на следующем примере: во время одного титрования системы кислота— осно­ вание около конечной точки были измерены следующие значения:

, в бюретке ДрН pH = 0,1 см) 3, 7,0 — 0, 3, 7, 0,94 (А 1) 4, 7, 10,18 5,54 (А 0) 7, 0,33 (А 2) 10, 7, 0, 10, 7, Между двумя значениями потенциала (значениями pH) полу­ чена наибольшая разность ДО. Уровень в бюретке, соответствую­ щий конечной точке титрования, рассчитывается по разности АО, Д1, А2 и т. д. следующим образом. Через Д1, АЗ, А5 обозна­ чены шаги изменения потенциала в убывающей последователь­ ности до конечной точки, а через 2, 4 и 6 — после нее. Точное значение конечной точки располагается между двумя уровнями раствора в бюретке, которым соответствуют значения потенциала (pH), образующие между собой наибольшую разность АО. Рассчи­ танное значение частного А вводится в номограмму, и из нее берется параметр р. При А1 А2 формируются отношение А1/А0, а при А2 А1 — отношение А2/А0, которые и наносят на соот­ ветствующие ординаты. Затем формируют отношения А2/А1 при А1/А2 или А1/А2 при А2 А1 (так, чтобы эти отношения были меньше единицы) и переносят их на соответствующую абсциссу.

Точка с двумя такими координатами попадает на одну из жирных кривых, нанесенных на номограмме (или между двумя соседними кривыми), по которым находят значение р. Если уровень в бю­ ретке до прохождения конечной точки был vit то соответствующий конечной точке объем титрующего раствора F0 можно рассчитать по формуле Vo = +Р Для приведенного выше примера получается:

А1 А2 : ^ = = 0,17 — (наносится на ординату слева);

Ц- = 0,35 1 — (наносится на абсциссу слева).

По номограмме находим р = 0,13 и подстановка в формулу дает у0 = 7,2 + 0,13-0,1 = 7,213 см3.

По номограмме можно также рассчитать и константу диссо­ циации К продукта реакции AD:

К = (/фх)2, где t — нормальность титрующего раствора D tp — показатель \ разбавления;

величина х берется из номограммы.

Показатель разбавления определяется по формуле Av Ф — v + Vi' В рассматриваемом примере при объеме титрующего раствора V = 50 см3 получаем:

Р-ТоТТХ-0’00175’ т. е. выполнено условие ср 0,0 1.

По номограмме получается К да 6 10-4;

значение к состав­ ляло 0,1. При этом константа диссоциации К = (0,1-0,00175-6 Ю"4)2 = 1,1-Ю-14.

Н а современной плунжерной бюретке выдавливаемый объем титрующего раствора может быть отсчитан очень точно, а отсчет по потенциограммам делается несколько менее точно. Способ титрования порциями постоянного объема имеет еще одно преиму­ щество перед методом титрования до конечной точки, заклю­ чающееся в том, что потенциал в конечной точке может быть не­ известен. При этом обеспечиваются все предпосылки и для авто­ матического потенциометрического титрования. ' Автоматический прибор «Титропринт», работающий по прин­ ципу титрования постоянными по объему порциями, описан в статье С. Вульфа [8]. Электродвигатель бюретки М2, управляе­ мый тактовыми импульсами, выталкивает в сосуд для титрования предварительно заданный объем реактива. Н а электродах изме­ рительной цепи при этом устанавливается потенциал, соответ­ ствующий химическому состоянию системы. Этот потенциал со­ поставляется со снимаемым с потенциометра напряжением и раз­ ность подается на вход сервоусилителя, управляющего син­ хронным электродвигателем. Ползунок потенциометра после добавки реактива перемещается этим электродвигателем до тех пор, пока разность напряжений не станет равной нулю. В печа­ тающем устройстве подсчитывают интервалы времени, затрачи­ ваемые на перемещение ползунка, а поскольку скорость его дви­ жения постоянна, эти интервалы пропорциональны разностям напряжений в электродной измерительной цепи АЕ, соответ­ ствующей объему порций подачи реактива. Печатающее устрой­ ство показывает также уровень в бюретке в данный момент. Ре­ зультат титрования рассчитывается преимущественно по способу Фортьюина.

Выход печатающего устройства через соответствующий интер­ фейс может быть подсоединен к ЭВМ, которая затем вычисляет результат титрования. Уже составлены соответствующие про­ граммы вычислений [9].

В прочих автоматических титрометрах [10] метод м о н о ­ т о н н о г о т и т р о в а н и я подачей равных по объему пор­ ций титрующего раствора применяется только при отработке методик решения специальных проблем. Применение микропро­ цессорной техники обеспечивает возможность д и н а м и ч е ­ с к о г о т и т р о в а н и я, при котором величина объема пор­ ций титрующего раствора оптимально согласуется с характером кривой титрования.

При монотонном титровании вблизи конечной точки удается получать лишь небольшое число данных, необходимых для интер­ поляции конечной точки, что ограничивает применение этого метода. Динамическое титрование применимо более широко. Его методика предусматривает после включения прибора подачу подряд трех небольших порций реактива. По последовательно /станавливающимся на индикаторном электроде напряжениям ычислительное устройство определяет оптимальный объем сле­ дующей порции. При дальнейшем титровании измеряемые зна­ чения потенциалов используются для управления последующей выдачей порций реактива. Предусмотрен контроль дрейфа изме­ ряемых данных или их занесение в вычислительное устройство по истечению заданной выдержки времени (титровальный автомат «Метром»), Наличие значительно большего числа измеряемых значений в зоне конечной точки титрования обеспечивает возмож­ ность более точной интерполяции ее положения. Проблемно ориентированный алгоритм расчета позволяет определять также конечные точки титрования, невидимые на кривой титрования и не выявляемые при монотонном титровании.

Автоматически работающие титрующие устройства (титровальные автоматы) В описанных устройствах для титрования все же требуется ручное отмеривание пробы, хотя сам ввод пробы осуществляется с по­ мощью автоматического приспособления.

Автоматизация титрования будет полной только в том случае, если и отмеривание пробы будет выполняться автоматически.

Для этой цели разработаны различные системы, обладающие большой надежностью и точностью. Все необходимые операции осуществляются в них по программе. В некоторых случаях такие титраторы настолько совершенны, что в них предусмотрен кон­ троль выполнения этапов программы и периодическое титрование раствора с известным содержанием контролируемого компонента.

Высокая эксплуатационная надежность позволяет использовать результаты титрования для автоматического управления хими­ ческим процессом в схемах с регуляторами, действующими авто­ номно, или управление с ЭВМ. Различные приборы, в которых процесс титрования полностью автоматизирован, предпочтительно рекомендуемые к применению в цеховых условиях, описаны в про­ спектах фирм-изготовителей [11].

3.10.9. Измерение содержания взвешенных частиц 3.10.9.1. В В Е Д Е Н И Е При измерении содержания взвешенных частиц определяют их характерные физические и химические свойства. Взвешенные частицы могут быть жидкими или твердыми, дисперсно распреде­ ленными в непрерывной фазе. Возможные системы распределения и соответствующие пояснения даны в табл. 3.10— 18.

Переход от объединенных в группу 1 систем со взвешенными частицами к насыпным системам группы I I происходит посте­ пенно. В данной главе частично рассмотрены и зернистые ма­ териалы, поскольку ряд измерений связан с их переводом в эту форму распределения. Из-за недостатка места ничего не говорится об измерениях капелек жидкости в аэрозольных дисперсиях или ТАБЛИЦА 3.10 —IS СИСТЕМ Ы РАСПРЕД ЕЛЕНИЯ Дисперсная Наименование системы Сплошная фаза фаза Группа I Аэродисперсия, аэрозоль (крупность Г азообразная Твердая частиц около 10-3— 1 мкм), запылен­ ный воздух (примерно до 150 мкм) Жидкая Суспензия, гидрозоль »

Г азообразная Аэродисперсия, аэрозоль, туман Жидкая Эмульсия » Жидкая (не сме­ шивающаяся) Группа I I Г азообразная илн Сухая (или мокрая) насыпная масса Твердая (свободно лежащие верна) сыпучего материала жидкая в эмульсиях. В первую очередь рассмотрена важная область из­ мерения запыленности.

Свойства взвешенных частиц определяются множеством фак­ торов, из которых рассмотрены только важнейшие. При определе­ нии содержания пыли в комнатном воздухе и в технических аэро­ зольных дисперсиях (например, в дымовых газах) обычно изме­ ряют концентрацию пыли. Это обсуждается в первом разделе. При измерениях запыленности наружного воздуха особое значение имеет отбор проб, рассмотренный в разделе измерения количества оседающей пыли. Важными признаками взвешенных частиц яв­ ляются их крупность и распределение по крупности (грануло­ метрический состав). Поэтому техника измерения размеров частиц рассматривается в особом разделе. Для измерения площади по­ верхности взвешенных ' веществ и зернистых материалов разра­ ботаны специальные способы, которые рассматриваются в по­ следнем разделе. По поводу измерения других физических свойств, например, плотности зернистых материалов или плотности и вяз­ кости жидкостей и газов, сделаны ссылки на соответствующие главы настоящего справочника. От рассмотрения вопросов измере­ ния заряда и распределения зарядов на частицах пыли, их элек­ трического сопротивления, а также требований техники безопас­ ности ввиду ограниченного объема раздела пришлось отказаться.

Способы химического анализа описаны в других разделах книги.

3.10.9.2. О П Р Е Д Е Л Е Н И Е СОДЕРЖ АНИЯ ПЫ ЛИ При исследованиях запыленности воздуха различают измерение концентрации пыли и количества осевшей пыли. Количество осев­ шей пыли (пылевых осадков) измеряют исключительно на откры­ том воздухе. Аппаратурно эти измерения связаны с меньшими затратами и поэтому используются для определения загрязнения воздуха столь же часто, как и измерения концентрации пыли, представляющие больший интерес в гигиеническом отношении.

О взаимосвязи между концентрацией пыли в воздухе и процессом ее осаждения различные исследователи делают противоречивые выводы. Келер и Флек [1] установили наличие статистически достоверной линейной зависимости между показателями концен­ трации взвешенной пыли и ее осаждения, определяемой типом примененного прибора для измерения осевшей пыли. Эффенбергер [2] на основе обширных данных сравнительных исследований при­ шел к выводу о недостаточности результатов известных измерений для подтверждения наличия корреляции между концентрацией взвешенной пыли и количеством пылевых осадков. Он дал также всесторонний обзор литературы по обсуждаемой проблеме со ссылками на многочисленные источники.

В работе Фета 13] дан анализ взаимосвязи оседания и кон­ центрации пыли, приведены качественные показатели этой связи и вытекающие санитарно-гигиенические выводы.

Другая клаесификация способов определения пылесодержания различает измерения выбросов (эмиссию) и загрязнения (иммис сию). Под эмиссией понимают выброс в воздух посторонних ве­ ществ из какого-либо источника загрязнения. Предельно до­ пустимые выбросы пыли установлены законодательством. Под загрязнением (иммиссией) понимают присутствие посторонних для воздуха веществ в приземном слое. Эти вещества могут быть в газообразном, в жидком или растворенном, либо в твердом со­ стоянии. Предельно допустимая концентрация (ПДК) загрязне­ ний представляет собой такое количество посторонних веществ в единице объема воздуха, которое еще не вызывает физиологиче­ ских последствий. Значения ПДК относят к приземным слоям атмосферного воздуха (не в помещении). При контроле воздуха, вдыхаемого на рабочем месте, регламентируется максимальная концентрация загрязнений на рабочем месте.

3.10.9.2.1. Измерение концентрации взвешенной пыли Концентрация пыли определяется как масса пыли в единице объема несущей среды (г/м3) или как число частиц N в той же единице объема (N /u3). Для измерения концентрации пыли раз­ работано большое число способов и приборов. Обзор их представ­ лен в табл. 3.10— 19. Способы подразделяют на автоматические регистрирующие (непрерывного действия) и ручные (периодиче­ ского действия). Способы первой группы заслуживают особого вни­ мания благодаря возможности их применения для длительного контроля пылевых выбросов. К приборам периодического дей­ ствия в первую очередь относят сборники пыли. Дальнейшая классификация проводится по способу отбора части потока или по работе без отбора. При отборе части потока возможна дальней СПОСОБЫ И ЗМ ЕРЕН И Я СОДЕРЖ АНИЯ ПЫЛ Непрерывное измерение с регнЗ о отбором чаБтн потока способы отделения пыли Измеряемая физическая без отделе­ величина под дей­ ния частиц при помощи ствием сил пыли электрический фильтра инерции Автоматический Пылевые весы М асса (вес) гравиметрический Гасна, мони­ пылеизмер итель тор контроля массы частиц ны прибор груп­ й пы Деренда н Пуруккера (Зап.

Берлин) Пылеизме­ Пылеизмеритель Разность давления рительное непрерывного действия фирмы Jouan Исследование под микроскопом Фотоэлектриче­ Капнограф Рассеяние и по­ авиаграф, ское сканирова­ глощение света ние фильтроваль­ пишущий ной бумаги монитор летучей пыли См. раздел Счет частиц 3.10.9.3. Электрический ток Конитест, захват ионов Ядерное излучение Бета-пылемер Непрерывный способ изме­ Дрези, пылевой рения Денце- монитор F H ля и Х орна (Ауранд и Бош) шая классификация по способам осаждения пыли. В табл. 3.10— указаны фактически измеряемые физические величины и принципы их измерения. По способам измерения концентрации пыли имеются многочисленные публикации. Обзорные работы опубликовали, в частности, Эффенбергер [2], Гутман [4], Кноп [5] и Дювель [6]. В книге по технике измерения размеров частиц Батель [7] также подробно рассматривает вопросы измерения концентрации пыли. В работе Кребса [8] приведены практические рекоменда­ ции по измерению пылесодержания. В нормали V D I 2066 [9, 10] даны детальные указания по планированию, подготовке и прове ТАБЛИЦА 3.10 — П РИМ ЕРАМ И К ОНК РЕТНЫ Х ПРИБОРОВ) 1C страцией Периодическое (ручное) измерение без регистрации с отбором части потока j способы отделения пыли без отбора | части под дей - без отделения потока ствием диффузия электри­ при помощи частиц пыли центробеж­ и термо­ ческий фильтра ных сил и диффузия сил ииерции Электро­ Фильтру­ Циклонный фильтр ющий зонд, отделитель импактор Андерсена Электро­ Кониметр, Тепловой Приборы стати­ осадитель, с мембран­ импактор ческий ным счетчик осади- фильтром частиц, тель Импинджер Оптические Тиндаллометр Оптический измерители измеритель (фирмы Leitz), почернения аэрозольный фо­ ! ПЛОТНОСТИ | дыма и тометр (фирмы пыли Sartorius), лазер, j лидар !

дению вручную представительных измерений содержания пыли в газовых потоках, подлежащие обязательному выполнению при контроле выбросов. Герман [11] и Л аскус [12] излагают вопросы измерения запыленности турбулентных газовых потоков.

В большинстве приборов процесс измерения может быть рао членен на три последовательных этапа: 1) отбор части потока через байпас;

2) отделение (осаждение) пыли на соответствующий носи­ тель;

3) собственно измерение количества пыли. В некоторых случаях этапы 1 или 2 или даже оба пропускают. Поскольку во многих опособах измерения концентрации пыли в потоке газа методы отбора части потока аналогичны, то вначале описывают способы отбора.

Отбор части потока через б а й п а с. Для получения представительных результатов при измерении запы­ ленности потока газа необходимо, чтобы состояние отбираемой части потока не отличалось от состояния основного потока. Изме­ нения состояния возникают главным образом в результате рас­ слоения потока при отборе и зависят от формы пробоотбирающего 8 П /р П. Профоса, т. 3.

зонда и скорости отсоса пробы. Для исключения возможности р а с­ слоения следует обеспечить «изокинетический» отбор проб, т. е.

равенство скоростей оеновного потока запыленной контролируе­ мой среды и отбираемой зондом ее части. Обеспечивающая равен­ ство указанных скоростей форма зонда предложена, например, Ценкером [13].

Гутман [4] отмечает, что правильнее говорить об «отсосе в со­ ответствии с условиями потока», поскольку при этом учитываются и факторы влияния формы зонда на отбор части потока. При тари­ ровке вновь изготовляемых пробоотборных зондов необходимо исследовать форму потока и распределения давлений в последнем.

= ^ т ^ = г = -^ -= -^ ± -*гТ?77/л г_~ Т ^ Г Г ---------------------------j- ^ Ч Рва. 3.10— 115. Характер потока у зоидов для отбора проб:

а — при wt — шв;

о — при w стрелками показана поверхность раздела j Н а рис. 3.10—-115 приведены линии струй и профили скоростей перед входом зонда и внутри него для двух зондов простой формы.

Собранную пробу пили можно ечитать представительной в том случае, если часть потока, ограниченная на рисунке поверхностью раздела, попадет в зонд.

При измерениях содержания пыли в отходящих газах важное значение имеет положение газопроводов (горизонтальное, на­ клонное и т. д.). В вертикальных трубопроводах распределение пыли по поперечному сечению трубы более равномерно, чем в го­ ризонтальных. Надежные данные о числе и распределении не­ обходимых точек отбора можно получить на основе измерения профиля концентрации и других влияющих факторов, например, эпюры скорости н распределения размеров частиц по поперечному сечению.

Для настройки скорости отбираемой части газа в зонде и из­ мерения скорости основного потока газа используют обычные измерительные приборы (трубки Пито, трубки Прандтля, измери­ тельные диафрагмы). Эти устройства нередко одновременно при­ меняют и для определения объемного расхода газа. При измере­ ниях концентрации взвешенной пыли в наружном воздухе по­ грешности вызываются теми же факторами, что и при отборе части потока из движущегося по трубопроводу потока газа. Однако в этом случае изокинетический отбор пробы связан с более зна­ чительными затратами (Гасгг [14]). Абсолютных методов измере­ ния диспергированных в наружном воздухе частиц не имеется, так как количественные критерии оценки их состояния лишь приблизительны [1,15].


О с а ж д е н и е п ы л и. Осуществляется теми же способами, которые используются в технике пылеулавливания. Применяются устройства осаждения пыли при помощи фильтров, под действием электростатических сил, сил инерции, центробежных и термомо­ лекулярных сил. В осадителях с фильтром частицы задерживаются соответствующей пористой системой (волокнистым материалом, тканью, перфорированной пластмассовой мембраной). С увеличе­ нием количества осевшей пыли ее слой сам начинает действовать как фильтр. При этом увеличивается потеря напора, так что для обеспечения постоянного объемного расхода необходимо увеличи­ вать мощность всасывающего устройства или уменьшать степень дросселирования.

В э л е к т р и ч е с к и х п ы л е о т д е л и т е л я х запы­ ленный воздух обычно ионизируется под воздействием коронного разряда на проволочном электроде. Пыль, приобретающая за­ ряд того же знака, что и на разрядном электроде, ударяется о р ас­ положенную ниже по потоку поверхность осадительного элек­ трода. При осаждении п о д д е й с т в и е м сил инер­ ц и и поток запыленного воздуха разгоняется в насадке (сопле) и, ударясь о пластину, резко меняет направление. Частицы, имеющие размер больше некоторого минимума, под действием сил инерции летят на отражательную поверхность и прилипают к ней.

И з устройств, основанных на использовании ц е н т р о б е ж ­ н о й с и л ы, применяют главным образом циклоны. Запыленный воздух приводится в цилиндрическом резервуаре во вращатель­ ное движение, при котором частицы пыли под действием центро­ бежных сил перемещаются к стенке циклона. Надежное отделение под действием центробежных сил обеспечивается при размере частиц не мельче чем ~ 1 мкм.

Термодинамический способ отделения пыли не столь эффективен, как, например, электростатический, но при определенных условиях может давать приемлемые резуль­ таты. Тепловой осадитель состоит из подогреваемой электри­ чеством ленты или проволоки, расположенной между холодными поверхностями. Если в зазоре между нагревательным элементом и стенками течет газ, то содержащаяся в нем пыль вследствие тер­ модиффузии переносится на холодные поверхности и задержи­ вается на них.

П ы л е с б о р н и к и. К этой группе могут быть отнесены все устройства, применяемые только для отбора пробы и осажде­ ния пыли. Собственно измерение количества пыли выполняется отдельно (гравиметрическим способом или под микроскопом).

Не входя в подробности конструкции отдельных типов, можно Я* назвать некоторые из устройств со сборниками пыли, классифи­ цируемые по способу ее отделения.

Пылеотделители с ф и л ь т р а м и. Малогабарит­ ный фильтр GSO-50 [16]. Пробоотборник сменный AGSO- фирмы Деренда (Зап. Берлин)- фильтр L IB [17]| пылесборник фирмы Volume Sampler [18].

Инерционные о с а д и т е л и — импакторы, кони метры.

IB.

Рис. ЗЛО— 116. Схема весов для взвешивания пыли конструкции Гаста:

3. В. — вход запыленного воздуха;

1 — коронирующий электрод (острые);

2 — метал­ • лическая пластина (осадительный электрод);

S — управляющая задвижка;

4 — бархат­ ная лента;

б — прижимающая пластина;

6 — турбовеитилятор;

7 — микровесы;

3 — коромысло весов;

9 — стрелка самопишущего устройства;

10 — ролнк для записи;

И — фильтр;

12 — вспомогательный нагнетатель для очистки бархатной ленты Центробежные о с а д и т е л и — циклонные зонды, центрифуги конструкции Гэтца, Каста, Штебера (см. раз­ дел 3.10.9.3.4).

Диффузионные и термомолекулярные о с а д и т е л и — импинжеры, отделители жидких фаз, термо преципитаторы Валькенхорста.

Э л е к т р о с т а т и ч е с к и е о с а д и т е л и — пылесбор ники по Гавту, электростатические преципитаторы.

Наряду с этими осадителями имеются аппараты, в которых для разделения пыли по фракциям последовательно применяется несколько способов отделения. В качестве примеров можно на­ звать каскадный импактор [20], крупногабаритное фильтрующее устройство [21 ], фильтрующие циклоны Hexleth и TBF50-!

[19]. Различные фильтрующие устройства исследовал Ласкен [16].

Для непосредственного измерения концентрации пыли в аэро­ дисперсиях предназначен прибор фирмы Lentz тиндалометр, осно­ ванный на использовании эффекта Тиндаля. Контролируемая среда засасывается в измерительную камеру и измеряется интен­ сивность рассеиваемого частицами пыли излучения, зависящая от их концентраций.

Вследствие дополнительного влияния различных факторов — формы зерен, размеров и свойств частиц пыли — необходима тарировка применительно к конкретному виду частиц.

Измерение концентрации взвешенной п ы л и с р е г и с т р а ц и е й. Особое значение способов изме­ рения пыли с регистрацией для длительного контроля пылевых выбросов уже упоминалось выше. Обобщающие обзоры автомати­ ческих регистрирующих пылеизмерительных приборов опублико­ ваны Дювелем [61, Гаетом [23] и Ламаном [5] (см. также табл. 3.10— 19). Опыты о применении регистрирующих пылеизме рителей опубликованы в работах Б ор х о [24], Гейпеля [25], Дюваля [261, Шталя [271, а также Бюнэ и Шломера [28]. П о­ скольку большинство свойств и воздействий пыли зависит от ее массы, было бы желательно прямое гравиметрическое измере­ ние концентрации пыли. Пылевые весы по Гаету [17] (рис. 3.10— 116) и автоматический гравиметрический пылеизмерительный прибор AGS-110 обеспечивают квазинепрерывное гравиметриче­ ское измерение пыли (рис. 3.10— 117).

В пылевых весах пыль, содержащаяся во всосанном воздухе, электростатически осаждается на пластину, которая закреплена на коромысле торсионных весов с электрической компенсацией.

Увеличение массы пластины регистрируется на ленте. Взвешива­ ние осуществляется через определенные интервалы времени (1— 5 мин). После взвешивания пыль автоматически удаляется и может быть собрана для дальнейших исследований. В мониторе (Aerosol Mass Monitor) фирмы TSI (Thermo Systems) (США) пыль электростатически осаждается на кварцевом генераторе;

непре­ рывно измеряемое изменение его собственной частоты сравни­ вается с опорной частотой. Изменение частоты является функцией массы пыли, осаждающейся на генераторе. Концентрацию пыли в воздухе можно также определять измерением изменения соб­ ственной частоты вибрирующих ленточных фильтров при осажде­ нии на них частиц пыли [29].

Гравиметрический пылемер AGS-110 разработан на основе весов Гаста [18]. Однако здесь взвешиваемые количества пыли гораздо больше} пыль осаждается на фильтрующих дисках диа­ метром 130 мм, непрерывно вырубаемых из рулона. Эти диски взвешивают до и после отбора пробы. Пыль подсасывается через специальную пробоотборную головку при регулируемом постоян­ ном расходе воздуха 12 м8/ч (в пересчете на нормальные условия) (рис. 3.10— 117). Имеется защита от толчков и вибраций.

Наряду с гравиметрическим измерением концентрации пыли возможно и косвенное измерение ее массы, основанное на исполь­ зовании вспомогательных физических величин.

В пылеизмерительном приборе непрерывного действия фирмы Jouan (Франция) в качестве измеряемой величины используется сопротивление, которое возрастает при увеличении слоя отложив­ шейся на бумажном фильтре пыли. Фильтрующую ленту про­ пускают g постоянной скоростью через всасывающий трубопро­ вод. Разрежение, возникающее за фильтром при постоянном расходе воздуха (газа), измеряется и записы вается. Зависимость повышения давления от массы пыли может быть определена только путем сравнительных измерений, так как весьма существенное влияние оказывают размеры частиц и их распределение (грануло­ метрический состав). Кроме того, наличие неоднородных включе­ ний в фильтре такж е вызывает изменение сопротивления потоку [51.

агрегат Рнс. ЗЛО*—117. Схема автоматического гравиметрического пылсизмерителя (A G S — 110) Способ определения концентрации пыли по Б ар ту тож е осно­ ван на измерении разности давлений. На пылеизмерительном сопле соответствующей конструкции измеряется потеря напора, вызванная только присутствием постороннего вещ ества в потоке газа. Недостатком способа является малая чувствительность.

Поэтому при контроле обычных источников выброса пыли при­ ходится предварительно обогащать пробу (например, при помощи циклона или электрофильтра). Фотоэлектрическое измерение оптических свойств запыленных поверхностей тож е применяют для непрерывного измерения концентрации пыли. Осаждение пыли при этом возможно либо с использованием сил инерции (принцип кониметра), либо путем фильтрации. В капнографе (фирма H ydro, Дюссельдорф, Ф Р Г) пыль с высоком скоростью выдувается из сопла на медленно движущуюся поверхность бу­ маги и оптические свойства возникающей пылевой дорожки сравни­ ваются со свойствами контрольной бумажной ленты. Пример осаждения пыли на фильтре и последующего фотоэлектрического измерения показан на рис. 3.1 0 — 118. Количество пыли, осевшей на непрерывно движущейся фильтровальной бумаге, определяется по ослаблению света. Датчик концентрации пыли (Flue D ust M onitor) фирмы E vans E lectroselenium L td тоже работает по принципу ослабления света. (З-Пылемер Дрезна [5 ] и монитор пыли Ауранда и Боша [31] аналогичны прибору, пока­ занному на рис. 3.1 0 — 119.


В качестве измеряемой величины здесь использо­ вано ослабление лучей.

Денцель и Хорн сообщают еще об одном способе из­ мерений, тож е основанном на поглощении Р-лучей при их прохождении через Рис. 3.1 С - - I I 8. Определение содержания пвлн слой осевшей пыли. О саж ­ измерением поглощения света (схем а фирмы Gel man Instru m ents, США) :

дение осущ ествляется 1 — запыленный воздух;

2 — лампа;

3 — ва­ электростатически на не­ куумный насос;

4 — фотоэлемент;

5 — непре­ рывно д ви ж ущ аяся фильтрующая бумага;

6 — прерывно движущуюся ме- измерительной усилитель;

7 — показывающее устройство;

8 — самопншущае устройство таллизованную пленку.

Эти способы измерения практически не зависят от химического состава пыли. Распреде­ ление частиц по крупности тож е не оказы вает существенного вли­ яния на результат измерений, так что результат измерения содер­ жания пыли с помощью 13 лучей очень близок к по­ лучаемому гравиметрическим способом [6 ].

В пылемере «Конитеет»

Фейфеля и П рохазки в ка­ честве измеряемой величины использован электрический заряд, образующийся на час­ тицах пыли в результате тре­ ния (см. рис. 3.1 0 — 119).

Рис. ЗЛО— 119. Схема прибора «Коннтест* Фей»

Ч асть потока, отсосанная из феля и П рохазкн;

1 — канал с потоком г а за ;

2 ~ отсасывающий канала отходящих газов, за­ зонд;

3 — поддерживающ ая труба;

4 — каме­ кручивается при входе в при­ ра измерения давления;

5 — изоляция;

6 — электрический подогрев;

7 — металлическая бор в направляющем аппа­ трубка;

S — кабель рабочего тока;

9 — изме­ рение разности давлений;

10 — измерительной рате;

частицы пыли отбрасы­ усилитель;

11 — индикатор;

12 — регистра­ ваются к стенке изолиро­ тор о непрерывной записью ванной трубки и скользят по ней по спиральной траектории. При этом измеряется заряд, возникающий на трубке. Результат измерения зависит не только от концентрации пыли, но и от скорости газа, гранулометрического состава частиц, влажности воздуха и многих других факторов.

Еще об одном контактно-электрическом приборе для измерения концентрации пыли сообщает Шютц. Здесь запыленный воздух очень сильно разгоняется в сопле. Частицы пыли под влиянием сил инерции попадают на конический металлический зонд, за­ крепленный на изолированной опоре. Электрический заряд, обра­ зующийся на зонде, измеряется и регистрируется [3 2 ]. Хазен клевер и Зигман разработали способ определения содержания пыли, основанный на использовании эффекта захвата ионов. Лами­ нарный поток запыленного воздуха проходит через ионизацион­ ную камеру, в которой при помощи источника fJ-лучей создается определенная концентрация ионов. При приложении высокого на­ пряжения появляется ионный ток. С увеличением запыленности газа все большее количество ионов осаж дается на частицах пыли и тем вамым они не участвуют в формировании ионного тока. По разноети электрического тока в запыленном и чис­ том (без пыли) воздухе у можно судить о концентра­ ТЭt ~!г (— - ции чаетиц пыли в контро­ ГН лируемом воздухе.

1 Д ля измерения концен­ трации пригодны такж е приборы для подсчета чис­ ла частиц, описанные в разделе 3.1 0.9.3.5. При из ВеОТНОМ раСХОДе Г З З З КОН Рис. 3.1 0 — 120. У стройство для намерения плот цеНТрЗЦИЯ ПЫЛИ МОЖвТ ностн дыма:

/ — возд ух;

2 — источник света;

3 — контро- “ г — лируемый участок (трубопровода);

4 — стенка ОЫТЬ БЫ рвЖ бНв ЧИСЛОМ Ч ЗС трубопровода;

5 — приемник света, 6 — комму- « « « R рттимнттр Р ртти татор;

7 — сеть;

8 — регистратор;

9 — щитовой 1ИЦ В е д и н и ц е О О Ъ е м а. Е С Л И дополнительно проанали­ прибор зирован гранулометрический со ста в и имеющаяся пыль однородна по плотности, то можно сделать и пересчет на массу в единице объема. Из способов измерения пыли без отбора части контроли­ руемого потока следует в первую очередь назвать способ, осно­ ванный на измерении ослабления светового потока, поглощаемого частицами пыли и преломляемого на них. Простая конструкция такого прибора показана на рис. 3.1 0 — 120. Такие приборы не­ редко называют измерителями плотности дыма или плотности пыли. В настоящее время их изготовляют фирмы Durag Аррага tebau Gm bH (Гамбург), A E G (Франкфурт-на-Майне), Е. S ick (Вальдкирх-ин-Брейсгау), V isom at— G erate Gm bH.

В последние годы преимущественно применялись приборы с двухлучевыми измерительными схемами. Световой поток источ­ ника разделяется обтюратором на две части, соответственно на­ правляемые в измерительный канал, содержащий контролируемую запыленную среду, и в сравнительный канал, заполненный обес­ пыленной средой (или чистым воздухом). Прошедшие через ук а­ занные каналы лучи поступают на фотоприемник, измеряющий разность их интенсивностей. Такие приборы требуют эмпириче­ ской калибровки.

3.10.9.2.2. Измерение количества осевшей пыли Д ля определения загрязненности воздуха на данной территории (или в помещении) применяется способ, основанный на измерении количества осевшей пыли на поверхности заданного размера в течение заданного времени.

Хотя измерение концентрации взвешенной в воздухе пыли имеет особо важное значение вследствие ее физиологического воздействия на персонал, способ изхмерения количества осевшей пыли применяется часто, так как простота отбора проб позволяет контролировать загрязненность в большом количестве точек.

Кроме того, накопленные для ряда больших территорий многолет­ ние данные применимы в качестве исходных при составлении долгосрочных прогнозов и проектировании очистительных соору­ жений.

Под количеством осевшей пыли (пылевыми осадками) согласно нормали V D I 2 1 1 9 [3 3 ] понимают количество пыли, выпавшей за какое-либо время из атмосферы на единицу площади горизон­ тальной поверхности. При этом в соответствии с обычно практи­ куемыми в настоящее время способами измерения учитывают сумму веществ, нерастворимых и растворимых в дождевой воде.

В се измерительные приборы имеют общий элемент: горизонталь­ ную поверхность определенных размеров для сбора осаждающейся пыли. Эта поверхность может быть пластиной, покрытой липким веществом, или горизонтальным входным отверстием какого либо сосуда. Через определенные промежутки времени осевш ая пыль взвеш ивается. Количество осевшей пыли М определяется отношением:

^_ Масса пыли Площадь поверхности улавливания X время отбора пробы ' Единицей измерения может быть, например, г/(м2 -сут).

Чтобы по возможности сделать анализ менее трудоемким, ко­ личество осевшей пыли обычно определяют за продолжительные отрезки времени. При таких интегральных измерениях кратковре­ менные колебания не вы являю тся. Устройства для отбора проб следует устанавливать так, чтобы улавливающ ая поверхность располагалась горизонтально на высоте 1,5— 2 м над уровнем земли. Кроме того, при выборе места отбора проб необходимо учитывать возможные искажения результатов измерения по сравне­ нию с нормальным уровнем запыленности, вызываемые местными источниками загрязнения, действующими ограниченное врема (стройками, шоссе и т. д.), а такж е влиянием воздушных течений (ветра) около деревьев, зданий и т. п. Из гидроаэродинамики из­ вестно, что следует ожидать возмущений, если место измерения размещается ниже по потоку за возмущающим объектом и уда­ лено от него на расстояние, меньшее десятикратной высоты этого объекта. В Великобритании в качестве пылеулавливающего уст ройства разработан стандартный прибор [ 2 1 1. В Ф Р Г для изме­ рения количества осевшей пыли применяются приборы Бергер хофа, Лебнера— Л изеганга, фирмы H ibernia и способ с липкой плитой по Дьему (рис. 3.1 0 — 121, а— г).

Ри с, 3.1 0 — 121. Устройства для ооаждення и сбора п али, а — прибор Бергергофа: I ~~ измерительная емкость;

2 — защитный кар кас из оцинкованной проволоки диаметром 3 мм;

3 — металлическая труба;

4 — дояная пластина (цинковая, устан авли вается на резьбе);

б — воронка фирмы H ib ern ia ;

е — л н п к а я пылеулавливаю щ ая ллята Дьема с устройством д л я защиты от птиц;

е — прибор Л и зеган га— Лебнера: 1 — рабочая дверца;

U — защ итная сетка, открытая сверху детальных исследованиях и содержит подробные сведения обо всех этих приборах, а так ж е об оборудовании места измерения, расчетах результатов, конвтантах измерений и возмож ностях применения и обслуживания. Форма и размеры различных уст­ ройств для улавливания пыли приведены на рис. 3.1 0 — 1 2 1.

Оценивать количество выпавшей пыли можно либо гравиметри­ ческим способом (взвешиванием), либо под микроскопом (по методу липкой фольги). Точные данные о количестве пыли обес­ печиваются только при взвешивании. В зависимости от вида устройства для отбора проб и способа измерения осадка при одном и том ж е содержании способных к оседанию частиц в воздухе могут быть получены различные результаты. Требование сопо­ ставимости обусловливает необходимость стандартизации аппа­ ратуры. Комиссией по охране чистоты воздушного бассейна Общества инженеров Ф Р Г рекомендован для измерения уровня запыленности прибор Бергерхофа. Действующие в Ф Р Г согласно «Техническому руководству по охране чистоты воздушного бас­ сейна» (ТА L u ft [3 4 ]) допустимые показатели загрязнений тоже представляют собой результаты измерений по способу Бергер­ хофа. Согласно Дьему [3 5 ], Кирсте [3 6 ] и Келеру [3 7 ] при ра­ боте с прибором Л изеганга— Лебера количество уловленной пыли отличается примерно на — 20 %, а при работе с прибором Бергер­ хофа — примерно на + 1 1 % от получающегося в воронке фирмы H ibernia.

Следует сказать о результатах некоторых сравнительных исследований с применением этих приборов. Сопоставления дан­ ных измерений количества улавливаемой пыли, получаемых этими и принятыми в других странах приборами, продвинулись еще не настолько далеко, чтобы можно было выработать международный стандартный метод определения количества загрязнений.

По способу с применением липкой фольги компоненты, раство­ римые в дождевой воде, не удается определить, хотя это и предпи­ сывается нормалью V D I 2119. Между тем их содержание может оказать значительное влияние на результаты. Возможно такж е, что растворимые вещества имеют массу того ж е порядка, что и оставшиеся твердые частицы. Это может представлять интерес, например, при исследованиях почвы, потому что вещ ества, вы­ мываемые дождевой водой из уловленной пыли, могут оказать вредное влияние на рост растений [3 8 ]. Преимущество метода липкой фольги заклю чается в том, что осевшую пыль можно взве­ сить и исследовать под микроскопом, определив число частиц, их размеры и форму. Чтобы получить представительное среднее значение количества осевшей пыли, число измерений должно быть весьма большим. Из практики известно, что в зависимости от цели измерений необходимы одна или две точки измерения на 1 км2 при малом количестве осаждающейся пыли и до 5— 6 точек при большом ее количестве независимо от примененного способа отбора — с помощью улавливающ их воронок, липкой фольги или обоими способами сразу. При проведении ориентировочных измерений можно ограничиться одной точкой на 3— 5 км2. В нор­ мали- [3 4 ] точно указан о, каким образом следует проводить из­ мерения количества осевшей пили при оформлении официальных разрешений. В заключение следует сослаться еще на две обзор­ ные работы, в которых сообщается о проведении измерений р аз­ личными способами и о погрешностях измерений при использо­ вании обычных приборов для определения количества осевшей пыли [38, 3 9 ].

3.1 0.9.3. И З М Е Р Е Н И Е ГР А Н У Л О М Е Т Р И Ч Е С К О ГО СОСТАВА 3.1 0.9.3.1. Обзор Определение гранулометрического состава имеет очень важное техническое и гигиеническое значение. Размеры частиц и их распределение по крупности влияют почти на все свойства пыле ПесокJ ' Промышленная пыль Угольная пыль Цемент_ _ Топочная пыль (летучая зол а ) Масляный туман_ г Табачный, дым ---------------------------------------------------------, j Крупная пыль ( 5 м к м ) Тончайшая пыль ( 5 м к м ) Т (пыль, которая может проходить в легкие) Оптический микроскоп До ЧА_ Электронный микроскоп _ Рассеяние сдета 1J — _Микросита_ Контрольные сита Седиментация под действием Силы т яжести Седиментация под действием центробежной силы Ультрацентрифуга_ Соударение -----1--------------- 1 _ I _ || I - — _ _ _ 10° « г2 и г' Ю’ Ю2 Ю3 мкм Рнс. 3.1 0 — 122. Диапазоны крупности взвеш енных частиц различных вещ еств и области применимости различных способов определения гранулометрического состава:

1 — песок;

2 — промышленная пыль;

3 — угольная пыль;

4 — цемент;

6 — топочная п а л ь (зо ла);

6 — масляный туман (капли);

7 — табачный дым;

8 — мельчайшая прони­ кающ ая в легкие пыль ( 5 мкм);

9 — крупная пыль ( 5 мкм);

способы и устройства:

10 — оптический микроскоп;

11 — электронный микроскоп;

12 — вэм еренве рассеи вае­ мого света;

13 — микросита;

14 — контрольные ента;

15 — седиментация под действием силы тяж ести ;

16 — седиментация под действием центробежной силы (центрифуги);

17 — ультрацентрнфуга;

18 *— нмпактор видных материалов, например, на их реологические (текучесть), тепловые и реакционно-кинетические характеристики, а такж е на оптические и механические свойства пигментов и на прочность керамических материалов. Размеры зерен и гранулометрический состав являю тся такж е одним из факторов оценки влияния запы 2 ленности воздуха на человека и выбора соответствующих средств борьбы с пылью. Размер частиц пыли, которые могут проникнуть в легкие, составляет около 0,0 1 — 5 мкм.

К ак видно из рис. ЗЛО— 122, диапазон размеров частиц, встре­ чающихся при анализе гранулометрического состава, охваты вает более пяти порядков — от крупнозернистых материалов до кол­ лоидов. В 1963 г. Комитет по аналитическим измерениям (Вели ко­ британия) опубликовал обзор 74 способов анализа гранулометри­ ческого состава и соответствующих приборов [4 0 ]. Отсюда видна не только важность этой области, но так ж е и ее проблематика.

Подробные обзоры теоретических основ, принципов и способов проведения гранулометрического анализа, а такж е посвященной этим вопросам литературы приводятся в монографии Б ателя [7 ], Лауера [4 2 ], Орра и Д алла В алле [4 3 ], Кейдла [4 4 ], а так ж е в нормали D IN 2031 [4 5 ], в работах Румпфа с сотрудниками [4 6 ]. В последних двух работах подробно исследована точность, достигаемая при различных методах. В книге Б ателя [7 ] рассма­ триваются, кроме того, и другие виды пылеизмерительной тех­ ники.

При анализе гранулометрического состава подлежат решению две задачи: определение размеров частиц (такие измерения могут быть осуществлены различивши методами) и определение доли в процентах частиц различных классов крупности. Д л я решения второй задачи требуется разделение частиц по крупности. По Б а телю, методы анализа гранулометрического состава можно к л ас­ сифицировать следующим образом: исследование под микроско­ пом;

ситовый анализ;

метод разделения частиц по скорости их осаждения, а такж е счетный метод (определение числа частиц), центробежный метод разделения;

метод разделения, основанный на использовании импакторов, и более простые методы разделе­ ния — декантация, отсеивание и отмучивание.

О т б о р п р о б ы. Пробы для определения гранулометриче­ ского состава следует отбирать из сравнительно большого коли­ чества материала, а иногда из потока аэродисперсий или суспен­ зий. Проба должна быть представительной, поэтому при отборе возникают технические и статистические проблемы. Наиболее частый источник погрешностей при отборе пробы — расслоение потока. Если пробы отбирают из движущ ихся или неподвижных аэродисперсий, то необходимо учитывать указан ия, приведенные в разделе 3.1 0.9.2, где описаны устройства для отбора проб и оса­ ждения частиц, конструктивно объединенных с собственно изме­ рительными устройствами. Батель [7 ] рассматривает статистиче­ ские факторы, вызывающие погрешности, возникающие при раз­ делении пробы.

Представлениегранулометрическогосо с т а в а. Результаты гранулометрического анализа представляют, как правило, в форме частотных или кумулятивных распределе­ ний в зависимости от диаметра частиц (рис. 3.1 0 — 123).

Если выбирают первый вариант, то в качестве показателя обычно принимают процентную массовую частость. Однако для многих технологических процессов, например, пылеулавливания, нужны данные о том, какую часть общей массы пыли составляю т частицы, размер которых больше или меньше заданного. Эти данные могут быть получены непосредственно на кумулятивных кривых. Сумма провала (пропускаемой фракции) показывает, какова доля частиц, меньших заданного размера;

остаток на сите показывает, какова доля частиц, размер которых выше заданного.

Кумулятивные кривые мож­ но получить интегрированием частотных кривых (кривых относительных частостей), и, наоборот, частотное распре­ деление может быть получено дифференцированием куму­ лятивной кривой. Здесь спра­ ведливы простые зависимос­ ти:

dR dD (1) Ун dd dd D= ) yHdd;

R = ^ yHdd\ dtnin (2) Рис. 3.1 0 — 123. Частотностные и кум улятив­ ные распределения размеров частиц (по круп* ности) (3) R + D = 100 %.

Эти зависимости воспроизведены на рис. ЗЛО— 123. Из урав­ нений следует такж е, что кумулятивные кривые при наиболее часто встречающемся размере частиц (максимуме частотной кри­ вой) должны иметь точку перегиба. Расчеты по гранулометриче­ скому составу, например, расчет поверхности или определение среднего размера частиц, могут быть выполнены проще, если для частости ун будет найдено математическое выражение. В качестве приближенных функций часто принимают нормальное распреде­ ление (по Г ауссу), логарифмическое нормальное распределение (распределение Розина— Раммлера— Ш перлинга, R R S -V, степен­ ное распределение и др. [7 ]. Возм ож ность описания такими функ­ циями частотного распределения исследованных пылей обычно проверяют графическим путем, изображая результаты в соответ­ ствующей координатной ветке. (Простое и логарифмическое нор­ мальное распределения дают на вероятностной сетке, а распределе­ ния типа R R S -V на гранулометрической сетке по D IN 4190 — прямые линии, по которым могут быть непосредственно отсчи­ таны значения параметров).

Размер ч а с т и ц. В предыдущих рассуждениях были применены термины диаметр зерен и размер зерен без детального рассмотрения проблем, связанных с определением этих величин.

Размер зерен обычно упрощенно задают как диаметр некоторого шара 145]. Однако зерна шаровой и других правильных геометри­ ческих форм встречаются редко. Определение характерного раз­ мера зерен неправильной формы затруднительно. Поэтому введено понятие эквивалентного диаметра, соответствующего:

диаметру круга, площадь которого эквивалентна проекции частиц (например, при измерениях под микроскопом):

диаметру шара равного объема (например, определенного как граничный размер при рассеве);

диаметру, рассчитанному по предельной скорости движения частицы в различных силовых полях.

3.10.9.3.2. Микроскопический анализ Микроскопический анализ позволяет определять размеры ча­ стиц, дает важные сведения об их форме, структуре и характе­ ристике поверхности, а такж е об оптических свойствах, например, о прозрачности и цвете. Этот метод рекомендуют такж е в качеотве ознакомительного;



Pages:     | 1 |   ...   | 5 | 6 || 8 | 9 |   ...   | 11 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.