SU855474A1 - Способ анализа состава вещества - Google Patents

Description

(54) СПОСОБ АНАЛИЗА СОСТАВА ВЕЩЕСТВА Изобретение относитс  к измерительной технике и предназначено дл  ана- лиэа состава и свойств веществ путем измерени  их диэлектрических параметров , а также может быть использовано например в анализаторах газов и диэлектрических жидкостей при определении концентрации пол рной примеси, в детекторах дл  жидкостей или газовой хроматографии и во влагомерах. Известен способ дитектировани  пиков хроматографически разделенной смеси пол рных примесей в непол рном растворителе, при котором воздействуют на пробу анализируемого вещества переменным электрическим полем и измер ют её диэлектрическую проницаемость (1). Недостатком данного способа  вл етс  сильное вли ние температуры и соотношени  неизмер емых компонентов на точность измерени . Способ не обладает селективностью, т.е. не позво л ет провести качественный анализ состава пробы по величине дипольного момента молекул,- если концентраци  примеси заранее неизвестна. Наиболее близким к изобретению  в л етс  способ измерени  влажности нефти и нефтепрюдуктов, при котором воздействуют на пробу анализируемого вещества, помещенного в емкостный датчик, электрическим полем измерительного сигнала, дополнительно воздействуют на пробу электрическим полем от источника питани  и измер ют диэлектрическую проницаемость до и после воздействи  полем упом нутого источника (21. Недостатком данного способа  вл етс  низка  точность измерени , так как результат измерени  получаетс  как мала  разность двух больших чисел, каждое из которых имеет собственную погрепшость. Способ не позвол ет производить качественный анализ состава пробы, неприменим к гомогенным вецествам, например к газовым смес м. Цель изобретени  - повышени  точности качественного и количественного ангшиза состава анализируемого вещества. Поставленна  цель достигаетс  за счет того, что в способе анализа, при котором воздействуют на пробу анализируемого вещества электрическим полем измерител  диэлектрической проницаемости дополнительным электрнческим пдлем, не превышающим поле пробо  этого вещества, и измер ют диэлектрическую проницаемость пробы до и после воздействи  дополнительным полем, воздействие дополнительным электрическим полем осуществл ют одновременно с дополнительным измерением диэлектрической проницаемости , а качественный и количественный анализ осуществл ют по однрвременно измеренным величинам диэлектрической проницаемости и разности диэлектрических проницаемостей проб в дополнительном электрическом поле и без такового. Кроме того, воздействие дополнительным электрическим полем, одновременное с измерением диэлектричес кой проницаемости, осуществл ют пер одически с частотой, не превышающей частоту изменени  пол  измерител  д электрической проницаемости, и изме р ют амплитуду изменени  диэлектрической проницаемости. В основе предлагаемого способа лежит физическое  вление уменьшени  диэлектрической проницаемости пол рного вещества в сильном электрическом поле. Величина-и, уменьшени  диэлектрической проницаемости определ етс  по формуле - ЧЙ-Г, где q - допольный момент молекулы пол рного вещества; Е - величина сильного электрического пол ; К - посто нна  Больцмана; Т - абсолютна  температура веще Формула определ ет долю всех пол рных молекул выстроившихс  в направлении сильного пол  и ве прин мающих участи  в пол ризации полем измерител  диэлектрической проницаемости . При равньох диэлектрических проницаемост х двух проб непол рног вещества f f g содержащих пол рные примеси с различн1:Ли1и дипол ными моментами, значени  и6 и дё -2 в сильном электрическом поле оказываютс  различными. Поэтому одновременным измерением величин € и Ь можно определить как качественный состав (т.е. величину дипольног момента) так и концентрацию пол рно примеси в непол рном растворителе. Если тип примеси {т.е. величина ее дипольного момента) задан, измерение концентрации примеси можно производить либо по величине й (ка в известном способе), либо по вели чине (по предлагаемому способу) Однако измерение по величине . да ет более высокую точность, так как результат измерени  не содержит аддитивной составл ющей погрешности от температуры и от изменени  соста ва неизмер емых непол рных компонен тов анализируемого вещества. На фиг.1 схематично представлено устройство дл  реализации предлагаемого способа; на фиг.2 - зависимость напр жени  il от времени t в диагонали мостовой схемы устройства; на фиг.З и 4 - сравнительные характеристики точности измерени  по известному способу (фиг.З) и предлагаемому способу (фиг.4). Устройство содержит измерительную камеру 1 с емкостиыми электродами 2 и сравнительную камеру 3 с установленными в ней электродами 4. Камеры 1 и 3 снабжены входными патрубками 5и б соответственно, а также выходными патрубками 7. Патрубок S подключен к источнику анализируемого вещества (газа или жидкости), патрубок 6к Источнику эталонного вещества (не показаны}, электроды 2 и 4 включены в соседние плечи мостовой схемы 8, содержащей также переменный (подстроечный ) конденсатор 9 и конденсатор 10. К диагонали а-а мостовой схемы В подключена источник 11 высокочастотного синуссУйдального напр жени  (амплитуда 10В, частота 10 кГц) и высоковольтный источник 12 напр жени  низкой частоты (100 Гц). К диагонали б-б схемы 8 подключен усилитель 13 высокой частоты. К выходу усилител  13 подключены измеритель 14 амплитуды высокочастотного напр жени  и детектор-измеритель 15 глубиры модул ции высокочастотного напр жени . При осуществлении способа выполн ют 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 измерител  14. Затем подают в камеру 1 анализируемое вещество, например непол рную жидкость, содержащее растворенную в нем примесь молекул пол рного вещества. При этом происходит разбаланс мостовой схемы 8 из-за изменени  емкости между электродами 2. Этот разбаланс пропорционален разности диэлектрических проницаемостей эталонного вещества и примеси, т.е. парциальной диэлектрической проницаемости пол рной примеси. Этот разбаланс регистрируют как аи«шлитуду А. переменного напр жени  О частоты 10 кГц (фиг.2) с помощью измерител  14. При периодическом воздействии сильного пол , св занного с действием напр жени  источника 12, происходит периодическое изменение (уменьшение) диэлектрической проницаемости пол рной примеси в соответствии с формулой (1). Диэлектрическа  проницаемость непол рного растворител  не зависит от пол  и остаетс  при этом практически посто нной. Таким образом, высо- , кочастотное напр жение и (фиг.2) в

диагонали моста 8 оказываетс  промодулированныл с амплитудой Б, пропорциональной разности парциальных диэлектрических проницаемостей пол рной примеси в сильном электрическом поле источника 12 и без пол . Амплитуду В огибающей W высокочастотного напр жени  О.пропорциональнуго величине &€ , измер ют детекторомизмерителем 15.

Практически величину напр жени  источника 21 выбирают таким образом, чтобы поле между электродами 2 было максимально близко к полю электрического пробо  анализируемого вещества , но не превышало его (например на 10% меньше пол  пробо ). При этом чувствительность измерительного преобразовани  величины &6 в г тлитуду Б оказываетс  максимальной. В жидких диэлектриках величина Б обычно составл ет от долей до дес тков ьшлливольт дл  величины Л пор дка долей вольта.

Одноврекюнно измерение качественного и количественного состава по предлагаемому способу может бцть осуВЕеств ено преимущественно при исследовании двухкомпонентных смесей, когда ни концентраци , ни тип одного из компонентов неизвестны. Наиболее типичным примером  вл етс  пик хроматографически разделенной смеси

органических вепеств в жидкостной хроматографии. При 9toM анализируема  проба (т.е. отдельный пик) содержит известную жидкость-носитель и одно неизвестное индивидуальное вещество в неизвестной концентрации.

Пример 1. Качественна  и количественна  расшифровка пиков хроматограммы..

Дл  каждого пика осуществл ют автоматическую запись амплитудных значений величину и 6 (фиг.2) по указанной выше методике. Далее по предварительно составленным таблицам (см. ниже пример такой таблицы) определ ют качественный и количествеиS ный состав каждого пика. Пусть дл  двух пиков хроматогргшмы (непол рный растворитель - четыреххлористый углерод ) при нормальных услови х получены значени 

0

1.,2 В, ,65 МБ

2.А-0,5 В, ,9 мВ.

В таблице наход т столбец со значением ,2В (указан стрелкой). Далее , перемеща сь, вниз по этому столбу

5 наход т соответствующее значение Б« 0,65 мВ. Слева от этого значени  прочитывают типа вещества (бромбензол ), а под ним - концентрацию (0,62%). Аналогично осуществл ют каQ чественный и количественный анализ второго пика (ацетон 0,48%).

ПовЬшение точности измерени  количественного анализа двухкомпонентной смеси заданных веществ (без ка;чественного анализа) иллюстрирует следующий пример.

Пример 2. Измерение концентрации заданной пол рной примеси в негомсгенной непол рной жидкости, например влажности трансформаторного масла, содержащего пузырьки газа.

Характеристика измерительного преобразовани  концентрации С пол рной примеси в диэлектрическую проницаемость (пунктирна  крива  16) содержит аддитивную погрешность 17 (фиг.З). Эта погрешность св зана с изменением емкости между электродами 2 или 4 при изменении количества пузырьков газа,температуры и т.д./ но не зависит от концентрации примеси. Измерение концентрации менее чем С (фнг.З) по спосоОу прототипу невозможно . По предлагаемому способу измер ют амплитуду Б (фиг.2) изменени  диэлектрической проницаемости,котора дл  заданной пол рной прюлеси пропорциональна ее концентрации. В коэффициент пропорциональности входит величина , котора  также должна быть измерена по величине амплитуды /). Погрешность измерени , св занна  с неточностью измерени  6. входит теперь в коэффициент пропорциональности, т.е. имеет мультипликативный характе и уменьшаетс  при уменьшении измер емой концентрации. Это показано на фиг.4, где изображены характеристика преобразовани  18 и погрешность 19.

Предлагаемый способ может быть использован при измерении концентрации парамагнитной примеси, дл  чего воздействие электрическим полем должно быть заменено воздействием магнитного пол .

Тахннко-экономическим преимуществом предложени  по сравнению с п ототипом  вл етс  новое качество возможность одновременного измерени  дипольного момента молекул пол рной примеси и ее концентрации. Это дает возможность надежно и без затрат времени проводить качественный и ко .личественный анализ пиков хроматограммы , а также других веществ в различных област х техники. Кроме того, при использовании способа значительно повыааетс  точность измерени  заданной пол рной примеси в непол рном растворителе. Мультипликатив:ный характер погрешности (в отличие от гмшитивной погрешности способапрототипа ) не ограничивает нижний предел измерени .

ФО1МУЛ9 изобретени 

1.Способ анализа состава вещества заключаптийс  в том, что воздействуют на Прову электрическим полем измерител  диэлектрической проницаемости , доло иительно воздействуют на пробу электрическим полем от источника питани  и измер ют диэлектрическую проница&хюсть до воздействи  дополн тельньи полем и после, отличающийс  -г&л, что, с целью повьшеии  точности качественного и количественного анализа, воздействие дополнительном полем осуществл ют одновременно с дополнительными измерени ми диэлектрической проиицаено т , а об искомс л параметре суд т по одновременно изк(ренным величинам диэлектрической проницаемости и разности диэлектрических проницаемостей пробы в дополнительном электрическом поле и без его воздействи .

2.Способ ПОП.1, отличающ и и с   тем, что воздействие дополнительным полем, одновременно с измерением диэлектрической проницаемости , осуществл ют периодически с частотой, не превышающей частоту изменени  -ПОЛЯ измерител , и измер ют гимплитуду периодического изменени  диэлектрической проницаемости.

Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе

1.фарзане Н.Г., Ил сов Л.В. Автоматические диг&кторы газов. М,,Энерги  , 1972, с. 46.

2.Авторское свидетельство СССР 280992, кл. G 01 N 27/22, 1970 (прототип).

Claims (2)

1. Формула изобретения

   1. Способ анализа состава вещества, заключающийся в том, что воздействуют на пробу электрическим полем измерителя диэлектрической проницаемости, дополнительно воздействуют на пробу электрическим полем от источника питания и измеряют диэлектрическую проницаемость до воздействия дополнительные полем и после, отличающийся тем, что, с целью повышения точности качественного и количественного анализа, воздействие дополнительные полем осуществляют одновременно с дополнительными измерениями диэлектрической проницаемости, а об искомом параметре судят по одновременно измеренным величинам диэлектрической проницаемости и разности диэлектрических проницаемостей пробы в дополнительном электрическом поле и без его воздействия.
2. 2. Способ поп.1, отличающийся тем, что воздействие дополнительным полем, одновременно с измерением диэлектрической проницаемости, осуществляют периодически с частотой, не превышающей частоту изменения поля измерителя, и измеряют амплитуду периодического изменения диэлектрической проницаемости.