Способ анализа состава вещества

Способ анализа состава вещества

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСЛНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ С ИТЕЛЬСТВУ (61 ) Дополнительное к авт. саид-ау (22) Заявлено 31.0879 (21) 2813490/18-25 с присоединением заявки Ht(23) ОрноритетОпубликовано 150681. Ьюллетень 89 30

Дата опубликования описания 150881

Союз Сааетскик

Социалистических

Республик а1855474 ($i)PA. Кл З

0 01 И 27/22

ГвеуяаРетвеквыв кеиктет

СССР яе ямки нзобретеинй я открытке (53) УДХ 551. 508. 7 (088. 8) (72) Автор изобретения

Ю.И.Гохфельд (71) Заявитель г

1 (54) СПОСОБ АНАЛИЗА СОСТАВА ВЕЦВСТВА

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для ана" лиза состава и свойств веществ путем измерения их диэлектрических параметров, а также может быть использовано, например в анализаторах газов и диэлектрических жидкостей при определении концентрации полярной примеси, в детекторах для жидкостей илн газовой хроматографии и во влагомерах.

Известен способ дитектирования пиков кроматографически разделенной смеси полярных примесей в неполярном растворителе, при котором воздействуют на пробу анализируемого вещества15 переменным электрическим полем и измеряют ее диэлектрическую проницаемость (Ц .

Недостатком данного способа является сильное влияние температуры и 20 соотношения неизмеряемых компонентов на точность измерения. Способ не обладает селектнвностью, т.е. не позволяет провести качественный анализ состава пробы по величине дипольного 25 момента молекул, если концентрация примеси заранее неизвестна.

Наиболее близким к изобретению является способ измерения влажности нефти и нефтепродуктов, прн котором 30 воздействуют на пробу анализируемого вещества, помещенного в емкостный датчик, электрическим полем измерительного сигнала, дополнительно воздействуют на пробу электрическим полем от источника питания и измеряют диэлектрическую проницаемость до и после воздействия полем упомянутого источника (2).

Недостатком данного способа является низкая точность измерения, так как результат измерения получается как малая разность двух больших чисел, каждое из которых имеет собственную погрешность. Способ не позволяет производить качественный анализ состава пробы, неприменим к гомогенным веществам, например к газовым смесям.

Цель изобретения - повышения точности качественного и количествен ного анализа состава анализируемо.го вещества.

Поставленная цель достигается за счет того, что в способе анализа, при котором воздействуют на пробу анализируемого вещества электрическим полем измерителя диэлектрической проницаемост», дополнительным электрическим пОлем, не превьааающим поле

855474 пробоя этого вещества, и измеряют диэлектрическую проницаемость пробы до и после воздействия дополнительным полем, воздействие дополнительным электрическим полем осуществля.ют одновременно с дополнительным измерением диэлектрической проницаемости, а качественный и количественный анализ осуществляют по однрвременно измеренным величинам диэлек трической проницаемости и разности диэлектрических проницаемостей пробы в дополнительном электрическом поле и без такового.

Кроме того, воздействие дополнительным электрическим полем, одновременное с измерением диэлектрической проницаемости, осуществляют пери-. одически с частотой, не превышающей частоту изменения поля измерителя ди» электрической проницаемости, и измеряют амплитуду изменения диэлектри- 20 ческой проницаемости.

В основе предлагаемого способа лежит физическое явление уменьшения диэлектрической проницаемости Е полярного вещества в сильном электрическом поле. Величина йЕ уменьшения диэлектрической проницаемости определяется по формуле кт где q — допольный момент молекулы полярного вещества;

Š— величина сильного электрического поля;

К вЂ” постоянная Больцмана;

Т вЂ” абсолютная температура вещест ва.

Формула определяет долю всех полярных молекул выстроившихся в направлении сильного поля и яе принимающих участия в поляризации полем 40 измерителя диэлектрической проницаемюсти. При равных диэлектрических проницаемостях двух проб неполярного вещества E = Я содержащих полярные примеси с различными диполь- 4 ными моментами, значения йЕ„ и пС<.

ht< в сильном электрическом поле оказываются различными. Поэтому одновременным измерением величин 6 и

Ь& можно определить как качественный состав (т.е. величину дипольного момента) так и концентрацию полярной примеси в неполярном растворителе.

Если тип примеси (т.е. величина ее дипольного момента) задан, измерение концентрации примеси можно производить либо по величине 6Е (как в известном способе), либо по вели.чине ь (по предлагаемому способу).

Однако измерение по величине ЬЯ дает более высокую точность, так как фо результат измерения не содержит аддитивной составляющей погрешности от температуры и от изменения состава неизмеряемых неполярных компонен îà анализируемого вещества.

На фиг.1 схематично представлено устройство для реализации предлагаемого способау на фиг.2 - зависимость напряжения 1(от времени 1 в диагонали мостовой схемы устройства; на фиг.З и 4 - сравнительные характеристики точности измерения по известному способу (фиг.3) и предлагаемому способу (фиг.4).

Устройство содержит измерительную камеру 1 с емкостными электродами 2 и сравнительную камеру 3 с установленными в ней электродами 4. Камеры

1 и 3 снабжены входными патрубками

5 и б соответственно, а также выходными патрубками 7. Патрубок 5 подключен к источнику анализируемого вещества (газа или жидкости), патрубок б к источнику эталонного вещества (не показаны), электроды 2 и 4 включены в соседние плечи мостовой схемы

8, содержащей также переменный (подстроечный) конденсатор 9 н конденсатор 10. К диагонали а-а мостовой схемы 8 подключены источник 11 высокочастотного синусбйдального напрякения (амплитуда 10Â, частота 10 кГц) и высоковольтный источник 12 напряжения низкой частоты (100 Гц). К диагонали б-б схемы 8 подключен усилитель 13 высокой частоты. К выходу усилителя 13 подключены измеритель

14 амплитуды высокочастотного напряжения и детектор-измеритель 15 глубины модуляции высокочастотного напряжения.

При осуществлении способа выполняют следующие операции (конкретные параметры указаны в примерах).

В камеры 1 и 3 подают эталонное вещество и конденсатором 9 балансируют мостовую схему 8 на нуль по сигналу измерителя 14. Затем подают в каМеру 1 анализируемое вещество, например неполярную жидкость, содержащее растворенную в нем примесь молекул полярного вещества, При этом происходит разбаланс мостовой схемы

8 из-за изменения емкости между электродами 2. Этот разбаланс пропорционален разности диэлектрических проницаемостей эталонного вещества и примеси, т.е. парциальной диэлектри ческой проницаемости Е полярной примеси. Этот разбаланс регистрируют как амплитуду А.переменного напряжения О.частоты 10 кГц (фиг.2) с помощью измерителя 14. При периодическом воздействии сильного поля, связанного с действием напряжения источника 12, происходит периодическое изменение (уменьшение) диэлектрической проницаемости полярной примеси в соответствии с формулой (1). Диэлектрическая проницаемость неполярного растворителя не зависит от поля и остается при этом практически постоянной. Таким образом, высо-, кочастотное напряжение U (Ôêã.2) в

855474

Амплитуда А, В

Вещество дипольный момент, Дебей 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6

1i0

1,2

0,8

0,6

0,4

Б,мВ 0,2

Днэтиловый эфир 1в22Д

2,4%

2,9%

0,48% 0,95Ъ 1,4Ъ

С,Ъ

0,65

2,0

1,6

1,3

2,0

Б, мВ 0,33

Вромбенэол

1 51 Д 1,85%

1,6%

0 31% 0 62% Ос92% 1 ° 2%

С, Ъ

1,0

3,0

2,5

2,0

1,5

Б, мВ 05

Этил бромистый, 1,93 Д

1,3%

1, 05%

0,21% 0,43% 0,64Ъ 0,85Ъ

3 5

2,9

2,3

1,8

1,2

Б, мВ 0,59

C % 0 1%

Б, мВ 1,15

Ацетон;

2,8Д

0,58%

О, 48%

0,19% 0,29% 0,39%

6,9

5,8

4,6

3,4

2,3

Нитробен зол,3,95 Д

0,32%

0i 23%

С, % 0,04Ъ 0,09% 0,14% 0,18% диагонали моста 8 оказывается промодулированным с амплитудой Б, пропор" циоиальной разности парциальнык диэлектрических проницаемостей полярной примеси в сильном электрическом поле источника 12 и без поля.

Амплитуду В огибающей W высокочастотного напряжения П,пропорциональную величине аб, измеряют детекторомизмерителем 15.

Практически величину напряжения источника 21 выбирают таким образом, чтобы поле между электродамн 2 было максимально близко к полю электрического пробоя анализируемого вещества, но не превышало его (например иа 10% меньше поля пробоя). При этом чувствительность измерительного преобразования величины g6. в амплитуду

Б оказывается максимальной. В жидких диэлектриках величина Б обычно составляет от долей до десятков милливольт для величины R порядка долей вольта.

Одновременно измерение качественного и количественного состава по предлагаемому способу может быть осуществлено преимущественно прн исследовании двухкомпонентных смесей, когда ни концентрация, ни тип одного из компонентов неизвестны. Наиболее типичныч примером является пнк хроматографнчески разделенной смеси

Повышение точности измерения количественного анализа двухкомпонентной смеси заданных веществ (без ка,чественного анализа) иллюстрирует следующий пример. органических веществ в жидкостной хроматографии. При этом анализируемая проба (т.в. отдельный пик ) содержит известную жидкость-носитель и одно неизвестное индивидуальное вещество в неизвестной концентрации.

Пример 1. Качественная и количественная расшифровка пиков хроматограммы.

Для каждого пика осуществляют

® автоматическую запись амплитудных значений величин Я и б (фиг.2) по укаэанной вьзие методике. Далее -no предварительно составленным таблицам (см. ниже пример такой таблицы) определяют качественный и количествеи ный состав каждого пика. Пусть для двух nwoa хроматограмчы (неполярный растворитель - четыреххларистый углерод) при нормальных условиях получены значения

29 1. А 0,2 В, Б**Оу65 мВу

2. А=О,5 В, Б 2,9 мВ.

В таблице находят столбец со значением A=0,2В (указан стрелкой). Далее,перемещаясь. вниз по этому столбу

25 находят соответствующее значение Б

=0,65 мВ. Слева от этого значения прочитывают типа вещества (бромбенэол), а под ннм - концентрацию (0,62%). Аналогично осуществляют кау() чественный н количественный анализ второго пика (ацетон 0,48%).

Пример 2. Измерение концентрации заданной полярной примеси в негомогенной неполярной жидкости, например влажности трансформаторного масла, содержащего пузырьки газа.

855474

Характеристика измерительного преобразования концентрации С полярной примеси в диэлектрическую проницаеMoctb Е (пунктирная кривая 16) содержит аддитивную погрешность 17 (фиг.3). Эта погрешность связана с изменением емкости между электродами

2 нлн 4 при изменении количества пу" зырьков газа, температуры и т.д., но не зависит от концентрации примеси.

Измерение концентрации менее чем С (фнг.3) по способу прототипу невозможно..По предлагаемому способу измеряют амплитуду Б (фиг.2) изменения диэлектрической проницаемости, которая для заданной полярной примеси пропорциональна ее концентрации. В коэффициент пропорциональности входит величина Е, которая также должна быть измерена по величине амплитудыЯ . Погрешность измерения, связанная с не» точностью измерения з. входит теперь в коэффициент пропорциональности, т.е. имеет мультипликативный характер и уменьшается прн уменьшении измеря" емой концентрации. Это показано на фнг.4, где изображены характеристика преобразования 18 и погрешнОсть 19.

Предлагаемый способ может быть использован при измерении коицентра» цни парамагнитной примеси, для чего воздействие электрическим полем должно быть заменено воздействием магнитного поля.

Технико-экономическим преимуществом предложения по сравнению с п(зототипом является новое качествовозможность одновременного измерения дипольного момента молекул полярной примеси и ее концентрации. Это дает возможность надежно и без затрат времени проводить качественный и количественный анализ пиков хроматограымы, а также других веществ в различных областях техники. Кроме того, при использовании способа значительно повьиаается точность измерения заданной полярной примеси в неполярном растворителе. Иультипликатнв;ный характер погрешности (в отличие от аддитивной погрешности способапрототица) не ограничивает нижний предел измерения.

Формуда изобретения

1. Способ анализа состава вещества, эаклвчакиянйся в том, что воздейству» вт на пробу электрическим полем измерителя диэлектрической проницаемости, дополнительно воздействуют на пробу электрическим полем от источника питания и измеряют днэлектри % ческую проницаемость до воздействия дополнительнн» полем и после, о т—

h н ч а в щ и N с я тем, что, с цельв поваааеиия точности качественного и количественного анализа, воздейЯф ствие дополнительньв» полем осуществляют одновременно с дополнительными измерениями диэлектрической проницаемости, а об искомом параметре судят по одновременно измЪренним величинам эк диэлектрической проницаемости н разности диэлектрических проницаемостей пробы в дополнительном электрическом поле и без его воздействия.

2. Способ по п.1, о т л и ч а ющ н и с я тем, что воздействие дополнительны» полем, одновременно с измерением диэлектрической проницаемости, осуществляют периодически с частотой, не превышающей частоту изменения -поля измерителя, и измеряют амплитуду периодического изменения диэлектрической проницаемости.

Источники информации, принятые во внимание прн экспертизе

40 1. Фарзане Н.Г., Илясов Л.В. Автоматические дитекторы газов. М.,"Энергия", 1972, с. 46.

2. Авторское свидетельство СССР

9 280992, кл. G 01 Ы 27/22, 1970 (прототип).

855474

СФ фИГ. 2

6ВГ 4

ВНИИПИ Эакаэ 6895/60 Тирах 907 Oaggracsoe

Ю Ю ЮЮЮЮю ЮЮ ЮЮ Ю

Филиал ППП "Патент"; r.ухгород, ул. Проектнам, 4