《分析仪器》课件.ppt

1、2020/12/19,第七讲分析仪器,编辑制作 刘 伟,本讲内容： 第一节 概述 第二节 热导式气体分析器 第三节 氧化锆分析仪 第四节 原子吸收分光光度计 第五节 红外光谱仪 第六节 气相色谱分析仪 第七节 工业PH值酸度仪 第八节 微量水分析仪 第九节 有害气体报警器,10:53,10:52:14,2020/12/19,第一节概述,自动成分分析仪表 （也称为分析器）是一种定性和定量分析物质组成的仪表，能直接指示物质成分及含量。 成分分析仪表是基于混合物中某一组分区别于其他组分的物理、化学特性来进 行 分 析的。 工业自动成分分析仪表虽然种类繁多，但主要组成部分有分析部分、放大部分、显示部分

2、、取样与预处理部分、程序升温控制器及稳压电源装置。,2020/12/19,第二节热导式气体分析器,一、基本知识 在热传导过程中，不同物体的热传导率不同。对于彼此间无相互作用的多组分混合气体，它的导热系数可近似地认为是各组分导热系数的算术平均值，即,设待测组分为，并且,式中 混合气体的导热系数； 混合气体中第组分的导热系数 混合气体中第组分的体积分。,只要测得混合气体的总的导热系数，就可以得出待测组分的含量，从而达到分析测量的目的。,2020/12/19,气体的导热系数与温度有关，工程上用下式表示，即 （） 所以，利用导热系数随待测组分含量变化这一特性来分析该组分含量时，必须满足下列三个条件：

3、待测组分的导热系数与其余组分的导热系数相比，要有显著的差别，差别越大，测量越灵敏； 非待测组分的导热系数要尽可能相同或十分接近； 测量时，温度恒定或在一定的允许范围内。,10:52:14,2020/12/19,二、热导式气体分析器的测量原理,左图所示为热导式气体分析器发送器的气室，它是热导分析器的主要部件，热导室中的电阻丝 通入电流加热，所产生的热量经过被测气体的热传导散热、气体的对流散热、电阻丝的辐射散热及其轴向传导散热四个途径散失，恰当地设计热导室结构，合理地选择电阻及电流的数值，可以保证散热主要通过气体的热传导进行。当加热电流一定时，电阻丝温度的高低，就取决于导热能力的强弱，亦即取决于导

4、热系 数 的 大 小。不 同 温 度 的 电 阻 丝 就 有 相 应 的 不 同 阻 值， 这样，导热系数的测量就通过发送器变成了电阻值的测量，而电阻值又可以通过电桥来测量。,2020/12/19,在热导式气体分析器中，通常是用四个热导室组成的电桥来测量的，如左图所示的 RD 型分析器的电桥。 QRD 型分析器则采用双桥测量系统，由于两个电桥的电压和温度条件相同，电源电压的波动和环境温度变化的影响就没有多大关系了，如右图所示。,2020/12/19,第三节 氧化锆分析仪,氧化锆分析仪由检测部分(氧化锆探头)和显示仪表两部分组成。它的作用是先用氧化锆探头将被测介质中氧气含量转变为电信号，再由显示

5、仪表部分对测得的电信号进行处理并显示出来。 由于氧化锆分析仪具有结构简单，稳定性好，灵敏度高，响应快价格便宜，测量范围宽、安装维修方便等优点。因而自20世纪60年代开始使用，直到目前仍是较为常用的在线氧量分析仪表。,2020/12/19,一、氧化锆探头,2020/12/19,组成氧化锆探头的主要部件是氧化锆管，另外还有加热丝、测温元件和温度控制装置等附加部分，其结构原理图 。 氧化锆探头是氧化锆分析仪的检测部分，是分析仪的核心，又叫检测器或传感器。它的作用是将被检测样气进行过滤，对外输出与被测氧含量成对应关系的电信号。,2020/12/19,二、各部分的作用及工作原理,陶瓷过虑器7有两个作用：

6、一是除去气样中的灰尘等杂质，防止电极被污染；二是起缓冲作用，减少气流冲击所引起的噪声。当被测介质（进烟气）经陶瓷过虑器7进入探头后，由氧化锆管1和内外铂电极2组成的氧浓差电池，将被测氧含量转换成对应关系的电信号，经铂电极引线3对外输出。安装在陶瓷过滤器与锆管之间的热电偶，检测出锆管的工作温度并送给外部恒温控制器，恒温控制器通过加热炉丝6来控制炉温，以保证探头工作在设定的恒温范围内。,2020/12/19,氧化锆管是因为把固体氧化锆材料做成管状而得名。当在氧化锆管的内、外两侧分别安装多孔铂电极2后，就会形成一个电解质浓差电池，如图63所示。,图63 氧化锆浓差电池原理图,在氧化锆材料中掺入适量的

7、氧化钙（CaO），氧化锆的晶体内就会产生一些氧离子空穴，由于这些空穴存在，在650850的高温下，氧化锆材料就会变成固体电解质。此时，若氧化锆材料表面有氧，就会发生氧化还原反应。当两表面氧浓度（或含量）有差异时，氧离子空穴会移动而产生电动势，这个电动势就称为浓差电势。两侧的多孔铂膜是电池的两个引出电极，该电池所产生的电动势大小，完全可以由涅恩斯特(Nernst)公式（详见其它资料）计算出来。通常是选定一种已知氧浓度的气体（一般用空气）作为参比气体，只要测得氧浓差电势E，即可求得被测气体的氧含量Px。由此可以看出，氧化锆分析仪是依据电解质浓差电池原理来实现氧含量测量的仪表。,2020/12/19

8、,温度调节器和显示仪表通常是一块仪表所具有的两个功能单元，有时笼统的称为二次仪表或显示部分，其作用是控制探头中加热器的加热温度，并将探头输出的浓差电势进行处理，并显示出来。 温度调节器实质上是一个温度控制电路，与热电偶和加热电丝组成一个恒温控制系统。由热电偶来测量氧化锆管的工作温度，当温度偏离设定值时，通过温度控制电路中的可控硅来控制加热丝的加热状态度，从而实现恒温控制。,2020/12/19,显示仪表的电路较为复杂，从信号处理过程上来看，确实可以将它作为一块独立仪表。因为它含有接收（或检测）浓差电势的输入电路、将电势信号处理成满足显示要求的转换放大电路以及输出显示三大部组成。同其它显示仪表一

9、样，仪表中也含有用于对量程和测量零点的进行调整的量程选择电路；转换放大部分在满足显示要求下，可以对外输出标准信号，具有信号远传功能。近年来在氧化锆分析仪的二次仪表中引入了CPU微处理器，使氧化锆分析仪向着智能化发展，成为测量氧含量的最为方便的检测工具。,2020/12/19,第四节原子吸收分光光度计,一、原子吸收光谱法 原子吸收光谱法 又 称 原 子 吸 收 分 光 光 度 法，是基本正蒸气中被测元素基态原子对其原子共振辐射的吸收强度来测定样品中被测元素含量的一种方法。 原子吸收光谱分析法的优点如下。 检出限低，灵敏度高。 测量精度好。 选 择 性 强 ， 方 法 简 便 ， 分 析 速 度

10、快 。 应用范围广。 原子吸收也有一些不足之处。测定某元素需要该元素的光源，不利于同时进行多种元素的测定；对一些难熔元素，测定灵敏度和精密度都不是很高；非火焰原子化法虽然 灵 敏 度高，但准确度和精密度不够理想，有待于进一步改进提高。,10:52:14,2020/12/19,二、原子吸收分光光度计的结构及原理,单光束仪器，只有一条光路。此类型仪器结构简单，操作方便，但会受到光源不稳定因素的影响产生基线漂移。,双光束仪器，由光源发射出的光经调制后被切光器分成两束：一束为测量光束；另一束为参比光束 （不经过火焰），两束光交替进入单色器和检测器。由于两束光来自同一光源，光源的漂移通过参比光束的作用得

11、到补偿，从而获得稳定的信号。,10:52:14,2020/12/19,检测器及放大器读数装置,检测器的作用是将单色器分出的光信号进行光电转换。一般用光电倍增管作为检测器。光电倍增管的外壳由光学玻璃或石英制成，内部抽真空，在阴极上涂有能发射电子的光敏物质，在阴极和阳极间有一系列次极电子发射极，即电子倍增极。,10:52:14,2020/12/19,第五节傅里叶变换红外光谱仪,一、基本知识 红外线是一种看不见的光，是一种电磁波，波长范围为010000。通 常把红外 区分成三个区。 波 长 0.82.5为 近 红 外 区， 波 长 2.525为 中 红 外 区， 波 长 2510000 为远红外区。

12、若以连续波长的红外线为光源照射样品，所测得的吸收光谱，简称红外光谱。通常所说的红外光谱是指中红外区。 红外光谱是依据样品在红外区吸收谱带的位置、强度、形状、个数，并参照谱带与溶剂浓度等关系来推测分子的空间构造，求化学键的力常数，键长和键角，推测分子中某种官能团的存在与否，推测官能团的邻近基团，确定化合物的结构。 目前红外光谱仪可分为色散型红外光谱仪和傅里叶变换红外光谱仪。,10:52:14,2020/12/19,二、傅里叶变换红外光谱仪,傅里叶变换红外光谱仪 是通过测量干涉图和对于干涉图进行傅里叶变换的方法来获得红外光谱。 迈克逊干涉仪是傅里叶变换红外光谱仪的核心。通过迈克逊干涉仪发生光的干涉

13、过程，在不同光程差处测量混合的红外光的干涉图，经过傅里叶变换得到常见的红外光谱图。 迈克逊干涉仪(图见下页) 已知干涉图，从数学观点讲是傅里叶变换，所以计算机的任务是进行傅里叶逆变换，以得到人们所熟悉的透过率随波数变化的红外光谱图。实际上干涉仪并没有把光按频率分开，而只是将各种频率的光信号经干涉作用调制为干涉图函数，再由计算机通过傅里叶逆变换计算出原来的光谱。,10:52:14,2020/12/19,10:52:14,2020/12/19,. 傅里叶变换红外光谱仪结构及工作原理,光学系统控制线路的主要任务是把检测器要的信号经放大镜、滤波器等处理，然后送到计算机接口，再经处理后送到计算机数据处理

14、系统。计算机通过接口与光学测量系统电路相连，把测量得到的模拟信号转换成数据信号，在计算机内通过试样后得到含试样信息的干涉图进行采集，并经过快速傅里叶变换，得到吸收强度或透光度随频率或波数变化的红外光谱图。,10:52:14,2020/12/19,一、基本知识 二、气相色谱仪流程 三、气相色谱仪的组成,第六节 气相色谱分析仪,2020/12/19,气相色谱仪器,10:52:14,2020/12/19,气相色谱仪器,10:52:14,2020/12/19,气相色谱仪器,2020/12/19,美国气相色谱仪,国产气相色谱仪,2020/12/19,一、概述,色谱分析法定义：色谱分离技术是借助色谱分离原

15、理而使混合物中各组分分离的技术；将色谱分离技术应用于分析化学，称为色谱分析。 色谱分析法又称为色层法、层析法。,2020/12/19,色谱法的分类 按物理状态分类 根据流动相的物态：气相色谱法(GC)和液相色谱法(LC) 根据固定相的物态：气-固色谱法、气-液色谱法、液-固色谱法、液-液色谱法 按使用的形式分类 (1)柱色谱、(2)纸色谱、 (3)薄层色谱 按分离机理分类 (1)吸附色谱、 (2)分配色谱、 (3)离子交换色谱、 (4)凝胶色谱,2020/12/19,色谱法的特点 (1)高选择性 、(2)高效能、 (3)高灵敏度可以分析质量分数为10-610-9数量级、检出限量低至10-1l

16、g的物质，适于微量和痕量分析、,色谱法的应用 (1)色谱分析广泛应用于极为复杂的混合物成分分析； (2)液相色谱法，在糖类、氨基酸、农药、染料、贵金属、有机金属化合物等方面得到了广泛的应用。 (3)色谱分离是一种非常有效的提纯物质的技术，常用于制备分离，得到高纯样品。 (4)色谱质谱联用仪已成为研究分子结构的重要手段。,2020/12/19,气相色谱法的特点,高效能 填充柱都有几千块理论塔板 毛细管柱可达104块105块理论塔板，可以分析沸点十分相近的组分和极为复杂的多组分混合物,高选择性 可分离同系物、同分异构化合物。,2020/12/19,高灵敏度 可以检测出10-11g10-13g物质

17、痕量杂质分析：可以测出超纯气体、高分子单体、高纯试剂中质量分数为10-610-10数量级的杂质 大气污染物分析：可以直接检出质量分数为10-9数量级的痕量毒物 农药残留物的分析：可以检出农副产品、食品、水质中质量分数为10-610-9数量级的氯、硫、磷化合物,分析速度快 一般分析可在几分到几十分内可以完成，某些快速分析1s内可以分析数个组分。,2020/12/19,二、基本知识,气相色谱法（GC）是英国生物化学家 Martin A T P等人在研究液液分配色谱的基础上，于1952年创立的一种极有效的分离方法，它可分析和分离复杂的多组分混合物。目前由于使用了高效能的色谱柱，高灵敏度的检测器及微处

18、理机，使得气相色谱法成为一种分析速度快、灵敏度高、应用范围广的分析方法。,2020/12/19,1.概述 混合物最有效的分离、分析方法。 俄国植物学家茨维特在1906年使用的装置： 色谱原型装置，如图。 色谱法是一种分离技术， 试样混合物的分离过程也就是试样中各组分在称之为色谱分离柱中的两相间不断进行着的分配过程。 其中的一相固定不动，称为固定相； 另一相是携带试样混合物流过此固定相的流体（气体或液体），称为流动相。,2020/12/19,色谱法,当流动相中携带的混合物流经固定相时，其与固定相发生相互作用。由于混合物中各组分在性质和结构上的差异，与固定相之间产生的作用力的大小、强弱不同，随着流

19、动相的移动，混合物在两相间经过反复多次的分配平衡，使得各组分被固定相保留的时间不同，从而按一定次序由固定相中流出。,与适当的柱后检测方法结合，实现混合物中各组分的分离与检测。 两相及两相的相对运动构成了色谱法的基础,2020/12/19,2.色谱法分类,(1)气相色谱：流动相为气体（称为载气）。 按分离柱不同可分为：填充柱色谱和毛细管柱色谱； 按固定相的不同又分为：气固色谱和气液色谱,2020/12/19,液相色谱,(2)液相色谱：流动相为液体（也称为淋洗液）。 按固定相的不同分为：液固色谱和液液色谱。 离子色谱：液相色谱的一种，以特制的离子交换树脂为固定相，不同pH值的水溶液为流动相。,20

20、20/12/19,(3)其他色谱方法,薄层色谱和纸色谱： 比较简单的色谱方法,凝胶色谱法：测聚合物分子量分布。 超临界色谱: CO2流动相。 高效毛细管电泳: 九十年代快速发展、特别适合生物试样分析分离的高效分析仪器。,2020/12/19,3.色谱分离过程,色谱分离过程是在色谱柱内完成的。 填充柱色谱: 气固(液固)色谱和气液(液液)色谱，两者的分离机理不同。 气固(液固)色谱的固定相: 多孔性的固体吸附剂颗粒。 固体吸附剂对试样中各组分的吸附能力的不同。 气液(液液)色谱的固定相: 由 担体和固定液所组成。 固定液对试样中各组分的溶解能力的不同。 气固色谱的分离机理: 吸附与脱附的不断重复

21、过程； 气液色谱的分离机理： 气液(液液)两相间的反复多次分配过程。,2020/12/19, 气相色谱分离过程,当试样由载气携带进入色谱柱与固定相接触时，被固定相溶解或吸附; 随着载气的不断通入，被溶解或吸附的组分又从固定相中挥发或脱附; 挥发或脱附下的组分随着载气向前移动时又再次被固定相溶解或吸附; 随着载气的流动，溶解、挥发，或吸附、脱附的过程反复地进行。,2020/12/19, 分配系数K,组分在固定相和流动相间发生的吸附、脱附，或溶解、挥发的过程叫做分配过程。在一定温度下，组分在两相间分配达到平衡时的浓度（单位：g / mL）比，称为分配系数，用K 表示，即：,分配系数是色谱分离的依据

22、。,2020/12/19,色谱柱的柱效能 塔板高度： H=L/n,理论塔板数,色谱柱长,同长度的色谱柱塔板数越多，塔板高度H越小， 分离效果越好。,2020/12/19,色谱流出曲线与术语,基线 无试样通过检测器时，检测到的信号即为基线。 保留值,时间表示的保留值 保留时间（tR）：组分从进样到柱后出现浓度极大值时所需的时间；,（动画）,死时间（tM）：不与固定相作用的气体（如空气）的保留时间； 调整保留时间（tR ）：tR= tRtM,2020/12/19,用体积表示的保留值,保留体积（VR）： VR = tRF0 F0为柱出口处的载气流量， 单位：m L / min。 死体积（VM）： V

23、M = tM F0 调整保留体积(VR)： V R = VR VM,（动画）,2020/12/19, 相对保留值r21,组分2与组分1调整保留值之比： r21 = tR2 / tR1= VR2 / VR1,相对保留值只与柱温和固定相性质有关，与其他色谱操作条件无关，它表示了固定相对这两种组分的选择性。,2020/12/19, 区域宽度,用来衡量色谱峰宽度的参数，有三种表示方法： 标准偏差()：即0.607倍峰高处色谱峰宽度的一半。 半峰宽(Y1/2)：色谱峰高一半处的宽度 Y1/2 =2.354 峰底宽(Wb)：Wb=4 ,2020/12/19,三、气相色谱结构流程,载气系统,进样系统,色谱柱

24、,检测系统,温控系统,2020/12/19,气相色谱仪,2020/12/19,结构流程,2020/12/19,四、气相色谱仪主要部件,1. 载气系统 包括气源、净化干燥管和载气流速控制；,常用的载气有：氢气、氮气、氦气； 净化干燥管：去除载气中的水、有机物等杂质（依次通过分子筛、活性炭等）； 载气流速控制：压力表、流量计、针形稳压阀，控制载气流速恒定。 载气由压缩气体钢瓶供给，经减压阀、稳压阀控制压强和流速，由压强计指示气体压强，然后进入检测器热导池的参考臂，继而进入色谱柱。最后通过热导池、流量计而放入大气。,2020/12/19,气相色谱对载气的基本要求： （1）纯净 通过活性炭或分子筛净化

25、器，除去载气中的水分、氧等有害杂质。 （2）稳定 采用稳压阀或双气路方式：,2020/12/19,2. 进样装置,进样装置：进样器+气化室； 气体进样器（六通阀）：推拉式和旋转式两种。 试样首先充满定量管，切入后，载气携带定量管中的试样气体进入分离柱；,2020/12/19,液体进样器：,不同规格的专用注射器，填充柱色谱常用10L；毛细管色谱常用1L；新型仪器带有全自动液体进样器，清洗、润冲、取样、进样、换样等过程自动完成，一次可放置数十个试样。,气化室：将液体试样瞬间气化的装置。无催化作用。对汽化室的要求是：（1）体积小；（2）热容量大；（3）对样品无催化作用,2020/12/19,载气入口

26、,接色谱柱,散热片,加热块,汽化室示意图,2020/12/19,进样系统,2020/12/19,3. 色谱柱（分离柱）,色谱柱：色谱仪的核心部件。 柱材质：不锈钢管或玻璃管，内径3-6毫米。长度可根据需要确定。 柱填料：粒度为60-80或80-100目的色谱固定相。 液-固色谱：固体吸附剂 液-液色谱：担体+固定液 柱制备对柱效有较大影响，填料装填太紧，柱前压力大，流速慢或将 柱堵死，反之空隙体积大，柱效低。,2020/12/19,色谱柱是气相色谱仪的分离系统，它是色谱仪的核心部件，其作用是分离样品。色谱柱主要有两类：填充柱和毛细管柱。 1）填充柱 填充柱由不锈钢或玻璃材料制成，内装固定相，一

27、般内径为24 mm，长13m。填充柱的形状有U型和螺旋型二种。 2）毛细管柱毛细管柱又叫空心柱，分为涂壁，多孔层和涂载体空心柱。涂壁空心柱是将固定液均匀地涂在内径0.l0.5 mm的毛细管内壁而成，毛细管材料可以是不锈钢，玻璃或石英。 毛细管色谱柱渗透性好，传质阻力小，而柱子可以做到长几十米。与填充往相比，其分离效率高（理论塔板数可达106）、分析速度块、样品用量小，但柱容量低、要求检测器的灵敏度高，并且制备较难。,2020/12/19,分离系统,2020/12/19,（1）固体固定相： 固体吸附剂包括活性碳、硅胶、Al2O3、分子筛等；用于H2、O2、N2、CO、CO2、C1-C4的分离；,

28、（2）液体固定相,固定液,2020/12/19,4. 检测系统,色谱仪的眼睛， 通常由检测元件、放大器、显示记录三部分组成； 被色谱柱分离后的组分依次进入检测器，按其浓度或质量随时间的变化，转化成相应电信号，经放大后记录和显示，给出色谱图； 检测器：广普型对所有物质均有响应； 专属型对特定物质有高灵敏响应； 常用的检测器：热导检测器、氢火焰离子化检测器；,2020/12/19,检测器 作用：将色谱分离后的各组分的量转变成可测量的电信号，然后纪录下来。,要求：灵敏度高线性范围宽 响应速度快结构简单 通用性强,常用检测器：热导检测器 氢火焰离子化检测器 电子捕获检测器,2020/12/19,5.

29、温度控制系统,温度是色谱分离条件的重要选择参数； 气化室、分离室、检测器三部分在色谱仪操作时均需控制温度； 气化室：保证液体试样瞬间气化； 检测器：保证被分离后的组分通过时不在此冷凝；,分离室：准确控制分离需要的温度。当试样复杂时，分离室温度需要按一定程序控制温度变化，各组分在最佳温度下分离；,2020/12/19,在气相色谱测定中，温度是重要的指标，它直接影响色谱柱的选择分离、检测器的灵敏度和稳定性。控制温度主要指对色谱柱炉，气化室，检测器三处的温度控制。色谱柱的温度控制方式有恒温和程序升温二种。 对于沸点范围很宽的混合物，往往采用程序升温法进行分析。程序升温指在一个分析周期内柱温随时间由低

30、温向高温作线性或非线性变化，以达到用最短时间获得最佳分离的目的。,2020/12/19,K是热力学常数，随温度变化，温度越高，K值越小，因此保留时间越短，据此，可通过柱温调节分离程度。,2020/12/19,恒温和程序升温分析烃类化合物,2020/12/19,第七节工业pH计酸度仪,2020/12/19,pH计又称酸度计，是测量溶液酸碱度的仪表。 工业pH计是能连续测量工业流程中水溶液的氢离子浓度的仪器。 一、 pH计的测量原理 工业pH计依据电位法测定溶液的pH值。 组成：发送部分和检测部分。 发送器由玻璃电报和甘汞电极组成，它的作用是把PH值转换成直流信号。工业pH计的测量仪器一般用电子电

31、位差计即可。,2020/12/19,一、 pH计的测量原理,电位测定法的基本原理是在被测溶液中插入两个不同的电极，其中一个电极的电位随溶液氢离子浓度的改变而变化，称为工作电极；另一个电极具有固定的电位，称为参比电极，这两个电极形成一个原电池，如图所示，稳定两电极间的电势就可知道检测溶液的pH值。,工业pH测量线路 1玻璃电极，2甘汞 电极，3pH指示表,2020/12/19,pH计组成示意图,2020/12/19,电极电位和原电池 电极电位的产生 电极电位的大小 E0电极的标准电位 ; R气体常数； T溶液的绝对温度; F法拉第常数； n电极反应中得失电子数 原电池,2020/12/19,氢电

32、极 是指将氢放入含有氢离子的溶液中，由此产生的电位。 pH值测量方法 将待测溶液pH值的变化转变成原电池电动势的变化进行测量。,原电池示意图,氢氢电极组成的原电池,2020/12/19,二、电极的结构,参比电极 常用的参比电极有甘汞电极和银氯化银电极。 甘汞电极 要满足的三个条件：可逆性；重现性；稳定性。标准氢电极基准，电位值为零(任何温度)。,2020/12/19,甘汞电极,2020/12/19,2020/12/19,银-氯化银电极 银丝镀上一层AgCl沉淀,浸在一定浓度的KCl溶液中即构成了银-氯化银电极。,2020/12/19,工作电极 pH计的工作电极有玻璃电极、氢醌电极和锑电极等。工

33、业上常用的是玻璃电极，锑电极主要用于测量半固体、胶状物及水油混合物中的pH值。,2020/12/19,玻璃电极,如图所示为一种常用普通式pH玻璃电极。当玻璃电极插入被测试样时，在PH敏感玻璃膜内部溶液(参比溶液)和被测溶液之间建立起氢离子的平衡状态，对于给定的玻璃电极， H+是一个常数，则电极电位只与被测溶液氢离子浓度有函数关系。 玻璃电极受温度的影响较大，必须把温度补偿电阻接入测量电路，以补偿温度对PH值测量的影响。玻璃电极的正常工作温度在2 55之间。,2020/12/19,普通玻璃电极 1一导线 2接地屏蔽线， 3一橡胶绝缘层 4一电极帽 5一树脂充填物 6一高电阻玻璃 7一汞(电连接)

34、 8一缓冲溶液 9一内参比电极 10pH敏感玻璃,2020/12/19,玻璃膜的电位原理图,玻璃电极,2020/12/19,玻璃电极的电阻与温度的关系,2020/12/19,将铂极片浸于饱和醌氢醌溶液中，即形成氢醌电极 氢醌电极的优点是结构简单，反应速度快，但温度影响大在高温下电极电位不温定等。 锑电极 是一种金属金属氧化物电极。其电极电位产生于金属与覆盖其表面上的氮化物的界面上。锑电极的结构也比较简单，可用于半固体等混合物中的pH值的测最，但测量稿度不高。适用于环境条件恶劣的场合。,2020/12/19, pH发送器的电动势 玻璃电极和甘汞电极同时插在被测溶液是，就构成了一个简单的pH发送器

35、。其实质是一个原电池。,2020/12/19,三、PHG-21B型工业pH计,用于连续自动分析、测量工业流程中水溶液的酸碱度。 仪表的组成,PHG-21B型工业pH计组成框图,2020/12/19,酸度发送器 组成：参比电极、工作电极、温度补偿电阻、外壳。 作用：把工业流程中水溶液的pH值转换成相应的电势信号送给测量仪表酸度指示器（高阻转换器）。 分类： 可拆卸式测量敞口容器中溶液的酸碱度。 常压沉入式测量敞口容器中对电极有微量污染的溶液的酸碱度。 常压流通式适用于测量常压管道中溶液的酸碱度。 压力流通式适用于测量压力0.11.0MPa的流通管道溶液的酸碱度。必须外加气压补偿。 常压流通式带自

36、动清洗发送器适用于测量常压管道中对电极有微量污染的溶液的酸碱度。,2020/12/19,PHGF-12型沉入式酸度检测器结构图,2020/12/19,PHGF-22型压力流通式结构图,2020/12/19,PHGF-32型常压流通式带自动清洗检测器,2020/12/19,高阻转换器 作用：将发送器输出的高内阻信号，送给显示仪表指示相应的pH值。,高阻转换器工作原理图,2020/12/19,仪表的安装和调校 维护时必须注意以下几点： 玻璃电极勿倒置。甘汞电极内从甘汞到陶瓷芯不能有气泡，如有气泡必须拆下清洗； 必须保持玻璃接线柱、引线连接部分等的清洁，不能沾污油腻，切勿受潮和用汗手去摸，以免引起检

37、测误差； 在安装和拆卸发送器时，必须注意玻璃电极球泡不要碰撞，防止损坏，同时不宜接触油性物质。应定时清洗玻璃泡可用0.1mol的HCl溶液清洗，然后浸在蒸馏水中活化。,2020/12/19,3.高阻转换器检查连接图,2020/12/19,第八节工业电导仪,通过测定溶液的电导而求得溶液中电解质浓度的方法称为电导分析法。 工业电导仪又称为浓度计。 电导：衡量电解质溶液导电能力的物理量，电阻的倒数。单位：西门子 S，1S=1-1 电导率的物理意义：相距为1m, 面积为1m2的两个平行板电极之间充满电介质溶液时的电导即相当于单位体积电解质溶液所表现出来的电导（右图所示）。 单位为 S.m-1,2020

38、/12/19,一、工业电导仪的测量原理,溶液的 电导与电导率,2020/12/19,D:介电常数 :介质的黏度 T:绝对温度 A，B为与电解质价型有关的常数,电解质溶液的电导与浓度的关系,电导率与溶液浓度的关系,2020/12/19,2020/12/19,2020/12/19, 溶液电导的测量方法 分压测量线路 现在使用的电导仪一般采用电阻分压原理，适用于低浓度、高电阻电解质溶液的测量。,分压法测量线路原理图,2020/12/19,在测量低电阻时，为了防止极化现象，采用0002500HZ的高频电压也就是传说中的高频滴定法,Rx,2020/12/19,电桥测量线路 电导是电阻的倒数，因此由试验测

39、出溶液的电阻，即可求出电导。测量溶液电阻要用(1000Hz)交流电桥，否则将改变电解质溶液的组成。,2020/12/19,平衡电桥法测量原理线路图,不平衡电桥法测量原理线路图,2020/12/19, 电导仪的刻度方法和电极常数的确定 浓度标尺刻度方法 电导率标尺刻度方法 电极常数K的确定方法,2020/12/19,二、电导检测器,电导检测器 是用来测量溶液电导的装置，又称为电导池，它是指包括电极在内的充满被测溶液的容器整体而言。 筒状电极 环状电极 工作电导池和参比电导池,筒状电极,环状电极,2020/12/19,电导池,2020/12/19,影响溶液电导测量的因素 电极的极化 当电流通过电极

40、时会发生氧化或还原反应而引起电极附近溶液的改变，产生极化现象，导致测量误差。 消除：在电极表面镀上一层粉末状的铂黑，增大表面积，电极间电流相对增加，引起被测液电导率相对上升的数值与极化引起电导率下降抵消，从而减少测量误差。,2020/12/19,电极电容的影响 可采用提高电源电压的频率或增大电阻的方法消除。 温度的影响,电导率的大小与溶液的温度、离子的性质和浓度有关，在其它条件一定时，离子的浓度越大，其电导率越大。,每变化1，电导率变化2%，通常以25为基准温度，其它温度下换算为25。,为温度校正系数，取0.02,2020/12/19,消除温度影响的方法： 电阻补偿法 参比电导池补偿法,电阻补

41、偿原理图,2020/12/19,三、DDD-32B型工业电导仪,仪表的组成 检测器转换器 仪表的安装与调校 仪表的安装 仪表的调校 放大器校正 导线电容补偿调整 温度补偿调整 仪表准确度的检查,2020/12/19,DDD-32B型工业电导仪组成框图,2020/12/19,检测器结构示意图,2020/12/19,DDD-32B型工业电导仪电气原理图,2020/12/19,第九节 有害气体报警器,一、有害气体报警器的结构 有害气体报警器主要由采样器、检测元件、放大电路、报警系统、显示器和电源等部分组成，组成方框图，如图所示。,2020/12/19,检测器也叫传感器，是报警器的最关键部件，它是由敏

42、感元件和测量电路组成。敏感元件多为电阻式，将被测成分的含量变化转变为电阻的阻值变化。测量电路通常是一个电桥，将敏感元件的阻值转变为不平衡电压对外输出，输出的不平衡电压与被测气体的含量成对应关系。本次任务将重点介绍一些常见的应用较为广泛的检测器。,2020/12/19,二、常用检测器,1、气敏传感器 气敏传感器是一种把气体中特定成分的含量转换成电信号的器件。根据电信号的强弱，就可以获得待测气体在环境中存在状况的有关信息，并依此可以进行检测、监控、报警，还可以通过接口电路与电子计算机或者微处理机组成自动检测、控制和报警系统。 常见的气敏传感器多为半导体式，其结构原理图，如图1 (a)、(b) 所示

43、。它由塑料底座、电极引线、气敏元件(烧结体)、双层不锈钢网(防爆用)以及包裹在烧结体中的两组铂丝组成。其中，一组铂丝作为工作电极，另一组为加热电极兼工作电极。,2020/12/19,(a)气敏烧结体 (b)气敏传感器外形 图 1 气敏传感器结构与测量电路 1一端子；2一塑料底座；3一烧结体；4一不锈钢网； 5一加热电极； 6一工作电极；,2020/12/19,气敏元件的工作原理十分复杂，涉及材料的结构、化学吸附及化学反应，又分面电导变化及体电导变化等不同解释模式。在高温下，当N型半导体气敏元件吸附上还原性气体(如氢、一氧化碳、碳氢化合物和酒精等)后，气敏元件的电阻值将减小；若吸附氧化性气体(如

44、氧或N0等)后，气敏元件的电阻值将增加。P型半导体气敏元件情况相反，氧化性气体使其电阻值减小，还原性气体使其电阻值增加。,2020/12/19,气敏元件工作时必须加热，以加速被测气体吸附或脱出，还可以烧去气敏元件表面上的油垢或污垢物，起清洗作用。加热温度与元件输出灵敏度有关，一般为200400。气敏元件被加热到稳定状态后，被测气体接触元件表面而被吸附，元件电阻值会产生较大变化。由于半导体气敏传感器是以被测气体和半导体表面或气体间的可逆反应为基础，所以能够反复使用。,2020/12/19,半导体式气敏传感器的品种很多，其中金属氧化物半导体材料制成的数量最多，特性及用途也各异。金属氧化物半导体材料

45、主要有Sn02系列、Zn0系列及Fe2O3系列，由于它们的添加物质不同，所以能够检测不同成分的气体，主要用于检测低浓度的可燃性气体及毒性气体，如C0、H2S、Cl2及乙醇、甲烷、丙烷、丁烷等碳氢系气体，其测量范围为10310-6量级。,2020/12/19,2、接触燃烧气敏传感器,接触燃烧气敏传感器的结构，如图1所示。在铂丝线圈上包以氧化铝和黏合剂形成球状，再经烧结而成，其外表面覆有铂、钯等稀有金属催化层。 对铂丝线圈通以电流，使其保持高温(300400)，此时若与可燃性气体接触，可燃性气体就会在催化层上燃烧，产生热量，因此铂丝线圈温度就会上升，电阻值随之上升。测量电阻变化，就可以知道可燃气体浓度。,2020/12/19,图2 所示为接触燃烧气敏传感器的测量电桥。在电桥中接一个补偿器，起到平衡作用(补偿器与传感器结构相同，只