Аналитические продукты Endress+Hauser

Выводы:

Вода, самое распространенное вещество на Земле, используется во всем промышленном мире как важнейшее вещество в производственных процессах. От химической, нефтяной и газовой промышленности до автомобильной промышленности, от целлюлозно-бумажной промышленности до точного производственной среды завода по производству полупроводников, вода присутствует там, обеспечивая среду, в которой изготавливаются многие продукты, модифицируются и/или очищаются.

Чистота нашей питьевой воды все чаще становится предметом общественного беспокойства. Большинство источников питьевой воды сегодня требуют специальной обработки, прежде чем ее можно будет распределять и использовать. Это делается для того, чтобы устранить возможные токсичные и инфекционные загрязнения и сделать ее более безопасной для потребления человеком.

Endress+Hauser предлагает полную линейку аналитических систем, важных для различных специфик и отраслей промышленности. Примерами доступных технологий и отраслей включают:

Аналитические продукты

Используя специфические технологии измерения, аналитические продукты Endress+Hauser предоставляют измерительные решения в:

• pH: см. https://metrica-markt.ru/analiz/datchiki-ph pH - это измерение активности водородных ионов. Он измеряется по шкале от от 0 до 14, где ноль - чрезвычайно кислотный, а 14 - чрезвычайно щелочной. Средняя точка 7,0 pH является дистиллированная вода. Это наиболее широко используемое измерение при анализе жидкостей и применяется во всех отраслях промышленности. Используется для определения степени кислотности или щелочности образца. Измерение pH - это число, которое напрямую связано с соотношением H+ (ионов водорода) и OH- (гидроксильных ионов) в растворе.

E+H предлагает две группы pH-электродов. Компактные электроды CPF (нестеклянные), которые вставляются непосредственно в процесс, или стеклянные электроды CPS которые помещаются в отдельный держатель.

• pH стеклянные электроды см. https://metrica-markt.ru/analiz/datchiki-ph: Метод измерения рН с помощью стеклянных электродов является потенциометрический метод измерения. Поскольку стекло является электрическим изолятором, усилители для измерения pH должны иметь чрезвычайно высокий входной импеданс. Измерительный эффект основан на чувствительной к рН стеклянной мембране, поверхность которой реагирует на содержание кислоты в растворе с определенным напряжением. Затем это напряжение измеряется относительно эталонного элемента. Большинство современных стеклянных электродов pH демонстрируют высокую селективность (низкую перекрестную чувствительность к ионам, отличным от H+) в широком диапазоне температур. Датчик pH достигает выдающиеся характеристики линейного измерения материального компонента в диапазоне концентраций 14 (!) экспоненты.
• pH нестеклянные электроды см. https://metrica-markt.ru/analiz/datchiki-ph: Помимо использования стеклянной мембраны, значение pH можно измерять с помощью ионоселективного полевого транзистора (ISFET). По сути, это простой транзистор с истоком и стоком, которые отделены от затвора с помощью изолятора. Как и в случае со стеклянной мембраной, ионы водорода из среды могут накапливаться на затворе. Возникающий положительный заряд на внешней стороне затвора "зеркально отражается" на внутренней стороне, где возникает отрицательный заряд. Это делает полупроводниковый канал проводящим. Эффект поля" возникает в зависимости от степени проводимости: чем выше значение pH жидкости, тем больше ионов H+ накапливается на затворе и тем больший ток может измеримо протекать между истоком и стоком. В отличие от стеклянного электрода, между жидкостью и датчиком нет потока ионов. "Химия" и электрическое измерение полностью разделены. В результате материал датчика не изменяется и необходимость в повторной калибровке возникает не так часто, как в случае со стеклянными электродами. Поскольку отсутствует слой источника, ISFETs также подходят для измерения pH в средах с низкой долей воды. Современные материалы ISFET обладают высокой селективностью и следуют закону Нернста в более близких пределах допуска, чем стекло. Чрезвычайная прочность датчика достигается за счет встраивания чипа в стабильный и небьющийся корпус из PEEK™.

• ОВП см. https://metrica-markt.ru/analiz/datchiki-ovp : измерения ОВП (окислительно-восстановительного потенциала) используются для мониторинга химических реакций, количественного определения активности электронов или определения окислительных или восстановительных свойств растворов. ОВП связан с pH тем, что в нем используется аналогичная система измерения, и выражается в милливольтах, как и pH. ОВП - это специализированное измерение, позволяющее проследить за ходом химической реакции, которая включает потерю и приобретение электронов (окисление или восстановление) между видами в растворе. ОВП измеряется только в милливольтах, в то время как измерения pH связаны со шкалой. Электроды для ОВП такого же типа, как и для pH.
• Проводимость см. https://metrica-markt.ru/analiz/datchiki-provodimosti : Проводимость является распространенным методом измерения. Диапазон проводимости широк: от чистейшей воды до высокой проводимости кислот и щелочей с высокой концентрации. Проводимость - это простой и надежный способ определения чистоты воды или концентрации кислоты или щелочи. Принцип проводимости для анализа определяется как способность раствора проводить электрический ток между двумя электродами. В растворе ток протекает за счет ионного переноса. Поэтому, чем выше концентрация ионов, тем больше ток. Химические соединения, которые создают проводящие растворы, называются электролитами.

Endress+Hauser предлагает два основных типа датчиков для измерения электропроводности. Контактный (проводящий) датчик и датчик без электрода (индуктивный).

Кондуктивный датчик: Проводимость жидкостей измеряется с помощью измерительной системы, которая имеет два коаксиально расположенных электрода, подобно конденсатору. Электрическое сопротивление или его обратная величина, проводимость G, измеряется в соответствии с законом Ома. Удельная проводимость K определяется с помощью ячейки постоянная k, которая зависит от геометрии датчика.

Индуктивный датчик: При индуктивном измерении проводимости передающая катушка создает переменное магнитное поле, которое индуцирует электрическое напряжение в жидкости. Ионы, присутствующие в жидкости, позволяют протекать току, который увеличивается с ростом концентрации ионов. Ток в жидкости генерирует магнитное переменное поле в приемной катушке. Результирующий ток в приемной катушке измеряется и используется для определения значения проводимости. Проводимость служит мерой концентрации ионов.

• Хлор см. https://metrica-markt.ru/analiz/datchiki-khlora : Хлор используется не только в вашем доме для очистки и дезинфекции, но и широко применяется в промышленности, особенно в очистке воды/сточных вод. Хлор является

строительным элементом почти для всех химических процессов. Он играет жизненно важную роль для здоровья населения и в поддержании чистой и безопасной окружающей среды. Как правило, на последнем этапе очистки воды, хлорирование проводится не только для уничтожения оставшихся бактерий, но и для предотвращения роста в водопроводной системе, которая подает чистую воду в домашние хозяйства и промышленные объекты.

Датчики хлора от Endress+Hauser представляют собой амперометрические датчики с мембранной крышкой. Мембрана пропускает только молекулы хлорной кислоты, которые диффундируют через нее и вступают в реакцию на электродах. Обнаруженная хлорноватистая кислота представляет собой долю активного хлора, которая действует как деполяризатор на катоде после диффузии через мембрану.

• Общий хлор: Общий хлор является более слабым дезинфицирующим средством, чем свободный хлор, но действует гораздо дольше. Он обычно используется в трубопроводах или в тех местах, где поддерживать уровень свободного хлора слишком дорого. Общий хлор - это сумма общего количества свободного хлора и связанного хлора. Связанный хлор (хлорамины) не измеряется; его доля может быть определена численно путем вычитания свободного хлора из общего количества хлора. Связанный хлор больше не активен и не обладает дезинфицирующим действием. Формами хлора, оказывающими дезинфицирующее действие, являются: элементарный хлор Cl2, хлорноватистая кислота HOCl, ионы гипохлорита OCl-, и их комбинации.
• Свободный хлор: Форма свободного хлора - это тип, который дезинфицирует наиболее эффективно, но действует не так долго. Солнечный свет, колебания температуры, изменения рН и дождь ослабляют действие, особенно в плавательных бассейнах или местах, подверженных воздействию окружающей среды. Пропорция гипохлорной кислоты HOCl зависит от значения pH. По мере увеличения значения pH (> pH 6), HOCl диссоциирует на гипохлорит - ионы OCl- и ионы водорода H+. Только OCl- остается примерно при 9,5 pH, при котором где дезинфицирующий эффект крайне низок. Обычно свободный хлор измеряется вместе с pH для поддержания наиболее эффективных дезинфицирующих свойств.
• Растворенный кислород: Кислород является одной из основ жизни и особенно важен при очистке сточных вод. Уровень растворенного кислорода определяет продолжительность жизни микроорганизмов в бассейнах активного ила, которые разлагают твердые частицы. Измерение уровня растворенного кислорода также важно для озер, ручьев и рыбоводства, чтобы обеспечить здоровый рост рыбы для пищевой промышленности. Фармацевтика и биотехнология также выигрывают от использования измерения уровня кислорода в контролируемых средах для роста микроорганизмов.

Растворенный кислород (DO) - это термин, обычно используемый в анализе жидкостей для измерения количества кислорода, растворенного в единице объема воды. Это важный показатель степени полезности образца воды для конкретного применения. Технологические требования конкретного применения определяют уровень растворенного кислорода, который может быть допустимым. Основное применение для систем растворенного кислорода с концентрацией частей на миллион (ppm) является измерение и контроль в аэрационных бассейнах, используемых в аэробных метантанках на очистных сооружениях. Необходимо поддерживать правильный уровень кислорода для питания бактерий, которые используются для переваривания отходов. Endress+Hauser предлагает один тип датчика для измерения растворенного кислорода. Покрытый мембраной датчик представляет собой герметичную систему, которая измеряет молекулы кислорода, передаваемые через газопроницаемую мембрану на электроды.

• Мутность см. https://metrica-markt.ru/analiz/datchiki-mutnosti : Мутность - это процесс измерения содержания твердых веществ или взвешенных частиц в сточных водах, где требуется обработка большого количества осадка, который необходимо обрабатывать. Осадок должен быть удален в первичном осветлителе, рециркулировать в виде активного ила в биологической системе и отделен от очищенной воды во вторичном осветлителе. В большинстве стран действуют очень строгие нормы в отношении максимальной нагрузки ила частиц в сточных водах очистных сооружений. Избавление от ила, отделенного от воды, является важным фактором затрат и в ближайшем будущем будет становиться все более дорогостоящим.

Чтобы обеспечить эффективную очистку воды, необходимо удалить первичный ил. Задача заключается в управлении насосом или золотником. Самое главное - убедиться, что концентрация осадка составляет не менее 1,5-2% сухого вещества (сухого осадка). Более низкая концентрация создаст огромные затраты на последующих этапах обработки осадка (например, кондиционирование осадка и обезвоживание). E+H использует оптическую технологию, которая наиболее подходит для измерения концентрации твердых частиц в илопроводе и может быть использована для простого отключения насоса при слишком низких концентрациях. Метод рассеянного света 90° с частотой измерения в ближнем инфракрасном (880 нм) гарантирует измерение значения мутности в стандартных, сопоставимых условиях. Возбуждающее излучение инфракрасного излучателя попадает в среду под определенным углом. Различные коэффициенты преломления входного окна и измеряемой среды (воды) учитываются. Частицы в среде генерируют рассеянное излучение, которое ударяет приемник рассеянного света под определенным углом. Измерения в среде постоянно корректируются со значениями эталонного приемника. Для измерения уровня осадка в первичном осветлителе Endress+Hauser предлагает ультразвуковые системы, обеспечивающие бесконтактное непрерывное измерение.

• Химический анализ: Снижение и устранение определенных химических веществ в процессе очистки гарантирует, что в реки и озера из очистных сооружений попадает чистая вода. Анализаторы жидкости CA80 и CA71 от Endress+Hauser представляют собой компактные, автономные системы пробоотборников и анализаторов, предназначенные для определения специфических химических веществ, таких как аммоний, нитрат, фосфат и т.д. Измерения выполняются с помощью фотометрической технологии. Проба всасывается в анализатор и кондиционируется. Насос анализатора подает часть фильтрата в смесительный сосуд, где насос для реагентов добавляет реагент в определенном соотношении. В результате реакции образец приобретает характерный цвет. Фотометр определяет поглощение образцом излучаемого света с определенной длиной волны. Длина волны зависит от конкретного параметра. Интенсивность поглощения пропорциональна концентрации указанного параметра в образце. Кроме того, определяется поглощение эталонного света для получения подлинного результата измерения. Эталонный сигнал вычитается из измерительного сигнала, чтобы предотвратить любые эффекты, связанные с мутностью, загрязнением и старением светодиодов. Температура в фотометре регулируется термостатически, чтобы реакция была воспроизводимой и происходит в течение короткого периода времени.
• Усовершенствованный анализ: Компания Endress+Hauser недавно приобрела SpectraSensors в 2012 году и Kaiser Optical Systems в 2013 году для пополнения своего быстро расширяющийся портфеля газоанализаторов. В настоящее время E+H предлагает газоанализаторы TDL и спектроскопии комбинационного рассеяния на нефтегазовых рынках внутри страны. В настоящее время Endress+Hauser предлагает газоаналитические решения для СПГ, нефтехимии, синтаза нефтепереработки и газопереработки.
• Технология перестраиваемого диодного лазера: Анализаторы SpectraSensors используют метод лазерной абсорбционной спектроскопии для обнаружения и измерения концентрации молекул анализа (H2O, H2S, CO2, NH3, C2H2, C2H4) в потоках технологического газа. Эта базовая технология применяется для измерения газов с момента изобретения лазера более 50 лет назад. Последние достижения в области полупроводниковых лазеров сделали разработку перестраиваемых диодных лазерных анализаторов для мониторинга технологических газов технологически и

экономически жизнеспособной.

Компания SpectraSensors стала пионером в использовании перестраиваемых диодных лазеров для разработки анализаторов для измерения в режиме реального времени H2O, H2S, CO2, NH3, C2H2 и C2H4 в потоках технологического газа. Наш опыт в этой области подтверждается обширным портфелем патентов.

Базовая конструкция анализатора TDL изображена на схеме ниже. Основными компонентами анализатора являются: оптическая головка содержащая лазер с термоэлектрическим охладителем и твердотельным детектором, ячейка для образца с зеркалом, расположенным на конце, противоположном лазеру, ячейка для образца с зеркалом, лазер, патрубки входа и выхода газа, а также датчики температуры и давления.

Окно изолирует компоненты лазерного источника и твердотельного детектора от технологического газа внутри ячейки для образца. Такая конструкция позволяет проводить измерения при полном отсутствии контакта между пробой технологического газа (и любыми увлеченными загрязнениями) и критическими компонентами анализатора.

В рабочем режиме технологический газ из пробоотборного зонда вводится в ячейку анализатора. Перестраиваемый диодный лазер излучает свет ближнего инфракрасного диапазона (NIR), специфичный для целевого анализа где он проходит через газ и отражается от зеркала на противоположном конце ячейки к твердотельному детектору. Молекулы анализа, присутствующие в образце газа, поглощают и уменьшают интенсивность лазерного излучения прямо пропорционально их концентрации в соответствии с законом Ламберта-Бира. Разница в интенсивности света измеряется твердотельным детектором, и этот сигнал обрабатывается с помощью современных алгоритмов, для вычисления концентрации анализа в технологическом газе.

Длина пути ячейки для образца может быть увеличена для создания многопроходной ячейки Эрриотта, в которой лазерное излучение проходит через ячейку для повышения чувствительности анализатора для измерения следовых (субпромилле) уровней.

• Технология гашеной флуоресценции: Синий светодиодный свет передается на наконечник датчика, заставляя его излучать "флуоресценцию".

Когда наконечник датчика вступает в контакт с кислородом, молекулы O2 поглощают энергию, предотвращая излучение.

Количество кислорода обратно пропорционально интенсивности и продолжительности люминесценции.

Анализатор кислорода SpectraSensors OXY5500 - это компактный, автономный одноканальный измеритель с ЖК-дисплеем и встроенным регистратором данных. Зонд датчика вставляется в технологический поток и соединяется с контроллером оптическим волокном. Анализатор использует оптический метод, который обнаруживает кислород с помощью зонда, вводимого в поток газа. Зонд легко очищается и имеет срок службы измеряется годами. Калибровка анализатора - это простая процедура, которую можно выполнить за несколько минут, используя бинарный стандарт с кислородом в азоте. Технология OXY5500 идеально подходит для измерений в области природного газа и газопереработки. На датчик не влияют даже высокие уровни H₂S или других видов серы. Отсутствует перекрестная чувствительность к загрязняющим веществам или другим газам в природном газе. Электроника сертифицирована для использования во взрывоопасных зонах. Поскольку отсутствует дрейфа измерений, точность и надежность измерений превосходят электрохимические анализаторы.

• Рамановская спектроскопия: Когда свет рассеивается от молекулы, большинство фотонов плотно рассеиваются. Рассеянные фотоны имеют ту же энергию (частоту) и, следовательно, длину волны, что и падающие фотоны. Однако небольшая часть света (приблизительно 1 из 107 фотонов) рассеивается на оптических частотах, отличных от частоты падающих фотонов, и обычно ниже ее. Процесс, приводящий к этому неупругому рассеянию, называется эффектом Рамана. Рамановское рассеяние может происходить при изменении колебательной, вращательной или электронной энергии молекулы. Химиков в первую очередь интересует колебательный эффект Рамана и поэтому в данном учебнике мы используем термин эффект Рамана только для обозначения колебательного эффекта Рамана.

Разница в энергии между падающим фотоном и рамановским рассеянным фотоном равна энергии колебаний молекулы.

График зависимости интенсивности рассеянного света от разности энергий представляет собой рамановский спектр.

Рамановская спектроскопия полезна для химического анализа по нескольким причинам:

• Специфичность: Поскольку комбинационное рассеяние обнаруживает фундаментальные колебания, полосы комбинационного рассеяния имеют хорошее соотношение сигнал/шум и не перекрываются. Это позволяет использовать спектр комбинационного рассеяния для любых целей - от "снятия отпечатков пальцев" с образцов до построения сложных химических моделей реакционных процессов.
• Анализ водных систем: ИК-спектр воды является сильным и относительно сложным, что делает ИК-спектр неадекватным для анализа водных растворов из-за сильных помех, создаваемых полосами воды. Однако рамановский спектр воды слабый и ненавязчивый, что позволяет получать хорошие спектры для видов в водном растворе.
• Анализ органических и неорганических химических соединений: Если между химическими видами существует ковалентная химическая связь, то на уникальный рамановский спектр может быть получена подпись.
• Широкий диапазон концентраций: Измеренная интенсивность рамановского излучения прямо пропорциональна концентрации. Рамановский анализ позволяет измерять концентрацию вида от долей 1% до 100% без разбавления образца.
• Отсутствие пробоподготовки: В отличие от большинства других методов химического анализа, рамановский анализ не требует специальной подготовки образца. Фактически, контакт с образцом вообще не требуется, поскольку рамановский анализ включает в себя только освещение образца лазером и сбор рассеянные фотоны.
• Неразрушающий анализ: Поскольку рамановский метод предполагает только освещение образца лазером, часто через окно, и сбор рассеянных фотонов, это делает рамановский анализ неразрушающим.
• Совместимость с обычными окнами: Можно использовать стандартные контейнеры для отбора проб и окна из стекла, сапфира, прозрачных полимеров и алмаза для измерения образцов.
• Количественный рамановский анализ: Поскольку интенсивность полосы комбинационного рассеяния прямо пропорциональна количеству молекул, порождающих эту полосу, то полоса комбинационного рассеяния может быть измерена на месте и использована для определения концентрации молекулы.
  

Таким образом, рамановский спектр можно использовать для мониторинга химических реакций в режиме "реального времени".

Optograf™ - это ведущий в отрасли лазерный анализатор "под ключ", который обеспечивает количественные измерения химического состава с помощью спектроскопии комбинационного рассеяния. В конструкции газоанализатора Optograf учтены требования заказчика по удобству обслуживания и сертификации в опасных зонах, а также компактность и минимальное потребление электроэнергии. Если у Вас остались вопросы, либо комментарии, после прочтения статьи, Вы можете оставить их в отзыве, либо отправить нам на почту info@metrica-markt.ru. Мы с удовольствием ответим! Благодарим за прочтение!