РЕФЕРАТ. pH-метр. Иономер. Кондуктометр

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации
ФГБОУ ВО «Нижегородская Государственная Сельскохозяйственная Академия»

Факультет лесного хозяйства
Кафедра лесные культуры

РЕФЕРАТ

по учебной дисциплине: Интенсивные технологии лесовыращивания и озеленения

На тему: «Приборы для определения рH, удельной проводимости, солесодержания»

Выполнила: студентка 4 курса 39б группы

Страхова Прасковья Александровна

Проверил: доцент Лебедев Е.В.

Нижний Новгород, 2020 год

Оглавление

Введение

рН-метры

Иономеры

Кондуктометры

Соломеры

Список литературы

Введение

Многие производства, сельское хозяйство, предприятия питьевого водоснабжения предъявляют определенные требования к качеству вод, в частности, к минерализации, так как воды, содержащие большое количество солей, отрицательно влияют на растительные и животные организмы, технологию производства и качество продукции, вызывают образование накипи на стенках котлов, коррозию, засоление почв.

pH воды - один из важнейших показателей качества вод. Величина концентрации ионов водорода имеет большое значение для химических и биологических процессов, происходящих в природных водах. От величины pH зависит развитие и жизнедеятельность водных растений, устойчивость различных форм миграции элементов, агрессивное действие воды на металлы и бетон. pH воды также влияет на процессы превращения различных форм биогенных элементов, изменяет токсичность загрязняющих веществ

В естественных условиях ионы кальция, магния и других щелочноземельных металлов, обуславливающих жесткость, поступают в воду в результате взаимодействия растворенного диоксида углерода с карбонатными минералами и при других процессах растворения и химического выветривания горных пород. Источником этих ионов являются также микробиологические процессы, протекающие в почвах на площади водосбора, в донных отложениях, а также сточные воды различных предприятий.

Высокая жесткость ухудшает органолептические свойства воды, придавая ей горьковатый вкус и оказывая действие на органы пищеварения.

Для определения пригодности воды и растворов используют такие приборы, как рН-метры, иономеры, кондуктометры и соломеры.

pH-метр

pH-метр - это устройство, назначение которого заключается в измерении водородных показателей различных материалов. К нему обращаются, если нужно узнать показатель pH (кислотность), который характеризует степень активности ионов водорода в кислотных, солевых и щелочных, в частности высококонцентрированных, растворах, H2O (питьевой, аквариумной, технической), агрессивных средах, почве, биосредах и жидкостях человеческого организма, сырьевых источниках и готовых продуктах пищепрома, конструктах окружающей среды и схемах производств, беспрерывно контролирующих технологические нюансы. Есть такие направления и процессы, где без pH-метра просто не обойтись. Это в частности аппаратное наблюдение за pH растворов рассоединения U и Pu, где требования к адекватным показаниям техники без ее калибрования очень высокие.

Измерения с помощью рН-метра выдают в распоряжение оператора показатель рН. Если он в итоге равен 7, это значит, что среда нейтральная, что количество ионов Н+ и ОН- одинаковое (характерно, к примеру, дистиллированной воде), если более 7 – щелочная, менее 7 – кислая.

Вообще кислотность можно определять и контролировать с помощью цветовых индикаторов: на помощь никогда не прочь прийти, к примеру, фенолфталеин. Но если нужно узнать точную цифру по этому параметру, чтобы постоянно следить и при необходимости корректировать состояние среды, без рН-метра никуда.

Принцип работы

Рассматриваемые приборы функционируют на основе измерений разности потенциалов – электродвижущей силы в электрохимической схеме, которую формируют 2 электрода и междуэлектродная среда. ЭДС (так называется эта система сокращенно) соответствует величине рН.

Как выглядит рН-метр? По сути, это вольтметр, который адаптирован к выполнению определенной задачи. Градуировка шкалы – не в вольтах, а в величинах рН. Один из электродов (основной) выполнен из проводящего электричество боросиликатного стекла, имеет форму трубки, комплектуется на окончании шариком с тонкими стенками и характеризуется достаточно внушительным сопротивлением. Второй – хлорсеребряный, используется как дополнительный (для его создания в трубку заливают хлористое серебро, растворенное в соляной кислоте, и дополняют его серебряной проволокой).

Стеклянный электрод включается в электроцепь. Внутри него перемещаются положительные ионы Н+. Опускание двух электродов в среду, поддающуюся изучению, приводит к замыканию электрической цепи. Создается гальваноэлемент, который состоит не только из 2-х электродов, но и из проводящей пленки стекла и исследуемого материала.

Главное требование, которому должен соответствовать любой рН-метр, а точнее его схема – это большое внутреннее сопротивление электрода, выполняющего роль зонда (обязательно не меньше чем 1011 Ом).

Работая с рН-метром, важно учитывать зависимость ЭДС от температурных параметров. Еще при разработке в каждый прибор закладывают термическую компенсацию режимов температуры, которые отклоняются от обычной (за нее принято считать 25 °С). Все же, наибольшая точность измерений гарантирована именно при такой, стандартной, t.

В некоторых моделях присутствуют встроенные градусники, поэтому устройства демонстрируют и рН, и одновременно температуру. Благодаря этому получение точных результатов, которое основывается на конкретной t исследуемой среды, не вызывает сложностей.

Градуировка осуществляется под конкретную электродную пару. Для этого применяются буферные растворы, у которых известен уровень рН.

В наши дни рН-метры активно используются в микробиологии, фармацевтике и в медицинской отрасли, в водоподготовительных мероприятиях и агрохимических процессах. Без них часто не обходятся почвоведение и гидропоника, различные исследования в лабораториях и полевых условиях, химия и пищепром, аквариумистика и многие другие сферы, направления, процессы. Именно благодаря этому функциональному и недорогому прибору, можно быстро и с высокой точностью определить значение рН.

Современные рН-метры производятся для различных векторов применения. Они могут иметь разные классы точности, быть компактными карманными бытовыми, портативными профессиональными и также стационарными промышленными. В основе работы каждого из них – электронный микропроцессор. Часто предусмотрена термокомпенсация данных и решение других, не менее важных рабочих заданий, в зависимости от общего функционала устройства (вычисление количества нитратов, концентрации ионов и т.д.). Не редкость – наличие встроенной памяти, позволяющей сохранять измерения, предусмотренность связи с ПК и функция корректировки показателей по цепи обратной связи.

Иономер

Современный иономер –это высокоточный измерительный прибор, который характеризуется следующими моментами:

- различное количество используемых измерительных каналов - как правило, от одного до четырех,

- различные диапазоны измерения - стандартным является диапазон: плюс-минус 3200 или же 4000 мВ,

- требования к точности измерений, которые, в первую очередь, связаны с классом устройства –прецизионный иономер – высокая точность, а иономер стандартной точности – средняя точность.

Иономеры выпускаются в переносном или же настольном (лабораторном) исполнении и должны соответствовать требованиям, установленным по устройствам, предназначенным для измерения рН, а также ионоселективным электродам.

Объектом анализа иономером являются питьевые, природные, сточные воды, а также различные водные растворы различных проб, таких, как пробы почв, растительной, пищевой, и другой продукции.

При помощи иономера исследуется активность, массовая и молярная доля концентрации ионов в растворе, температура раствора, окислительно-восстановительные потенциалы. Область применения иономера – предельно широка. Эти приборы применяются в пищевой, химической, нефтехимической, фармакологической, косметической промышленности. В медицине иономер используется, в качестве измерителя уровня кислотности организма человека. Помимо этого он активно применяется в лабораторных и научных исследованиях в области биохимии, микробиологии и сельского хозяйства. Иономер может применяться даже в бытовых условиях, для контроля качества питьевой воды.

pH-метр и иономер работают по одному и тому же принципу - потенциометрическому принципу измерения, т.е. оба этих прибора измеряют электродвижущую силу (ЭДС) создаваемую электрохимической ячейкой, которая включает в себя измерительный электрод, электрод сравнения и водный раствор.

В рН-метре, в качестве измерительного электрода, выступает стеклянный рН-электрод, который селективен к ионам водорода.

В иономере используются электроды селективные к другим ионам, и дополнительный рН-электрод. Электроды иономера могут быть селективными, например к NO3-, K+, Na+ и др.

Электродом сравнения в обоих приборах служит хлорсеребряный электрод.

Таким образом, различия между иономером и pH-метром сводятся только к виду применяемого в них измерительного электрода и некоторым дополнительным функциям, таким как: измерение окислительно-восстановительного потенциала (Eh), а также температуры анализируемого раствора.

Кондуктометр

Понятие кондуктометрии происходит от английского слова conductivity — что означает «электропроводность». И действительно, кондуктометрия - это совокупность множества электрохимических методов анализа, проводимых на основании измерений электропроводности растворов. Кондуктометрия, как способ, используется для определения концентрации растворов солей, кислот, оснований, для определения их электропроводимости, а также для контроля состава некоторых, используемых в промышленности, растворов.

Кондуктометр – это высокоточный измерительный прибор, который предназначается для определения электропроводности различных электролитов. Электролитами могут служить: водные и неводные растворы, расплавы, коллоидные системы (относительно крупные, по сравнению с молекулами, частицы вещества, находящиеся во взвешенном состоянии в растворе) и, даже, твёрдые вещества. Кондуктометрический анализ основывается на выявлении изменений концентрации растворенного вещества или химического состава среды в межэлектродном пространстве; Такой анализ не связан с потенциалом электрода, который обычно приближен к равновесному значению. Таким образом, исследования осуществляются посредством метода кондуктометрии – электрохимическим аналитическим методом, который основан на измерениях электрической проводимости растворов.

Кондуктометр применяется при:

- оценке качества дистиллированной воды;

- оценке засоления почв;

- кондуктометрическом титровании - это постепенное прибавление к анализируемому раствору (например, щелочи ) контролируемого количества реагента (например, кислоты).

- определении критической концентрации мицеллообразования (ККМ)

В кондуктометрии используются как прямые, так и косвенные аналитические методы с применением токов высокой и низкой частоты как постоянных, так и переменных.

При выборе кондуктометров важными являются только две характеристики:

- чувствительность измерений

- наличие термической компенсации.

Чувствительность хорошего кондуктометра характеризуется дискретностью измерения в ± 0,1 мкСм/см. Такая чувствительность делает прибор универсальным, поскольку позволяет проводить не только прямые кондуктометрические измерения, но и применять прибор для кондуктометрического титрования.

Все кондуктометры можно разделить на три группы:

- не имеющие термическую компенсацию;

- обладающие термокомпенсацией в 2% на градус;

- имеющие возможность произвольного выбора термокоэффициента.

Очевидно, что приборы второго и третьего типа обладают преимуществом перед приборами первого типа, поскольку температура оказывает существенное влияние на величину измеряемой удельной электропроводности. Однако, возможности термокомпенсации не безграничны. При слишком большом отклонении температуры анализируемого раствора от нормальной температуры, показания прибора не смогут быть откорректированы с удовлетворительной точностью. Поэтому, если у вас есть возможность приобрести кондуктометр третьего типа, то сделайте это не раздумывая. С этим прибором, вероятность возникновения ошибки измерения будет стремиться к нулю

Солемер

TDS – метр («солемер») – это переносной или стационарный анализатор, предназначенный для измерения общего содержания всех растворенных в воде веществ. (TDS – total dissolved solids). "Солемер" определяет общее солесодержание частиц на один миллион частиц воды (ppm – parts per million).

1 ppm = 1 мг/л.

Существует прямая зависимость электроводности от количества растворенных в воде соединений солей, на этом основан принцип действия TDS метра. Единицы измерения солесодержания воды отображаются в TDS метре в ppm (мг/литр). TDS определяется концентрацией (суммой) любых растворенных в воде ионов (катионов (+) и анионов (-)) минералов, солей, металлов

Использование таких приборов, как солемер, обуславливается необходимостью контролирования пригодности воды, которая предназначается для применения в промышленных и употребления в бытовых целях. При помощи солемера производят замеры содержания растворенных в воде солей и уровня жесткости. В качестве анализируемой среды может использоваться как природная так и водопроводная вода, другие растворы, а также вода, из колодцев или скважин, вода для аквариумов и др.

Па магистралях очистительных промышленных систем, для более эффективной диагностики бытовых фильтров применение солемеров является, попросту, необходимым.

Принцип действия солемера прост, он основан на электропроводимости соляных растворов. Таким образом, анализ электропроводности изучаемой среды дает полное представление о количестве растворенных в жидкости соединений.

Как и большинство других приборов, которые отвечают за контроль качества воды, солемер конструктивно состоит из двух основных частей:

- электрохимическое оборудование, которое отвечает за пробоотбор,

- электронная начинка, которая обеспечивает предоставление результатов произведенных измерений в унифицированном виде. Т.е. обработка и передача результатов измерений через цифровой сигнал на микропроцессор с последующим отображением полученных результатов на дисплее самого прибора или других индикаторных устройствах (например, персональный компьютер или блок индикации).

Современный выбор солемеров достаточно широк. В зависимости от портативности прибора выделяют:

- Стационарные солемеры – приборы, которые встраиваются в соответствующий водовод, как при помощи датчика, так и полностью. При встраивании в трубопровод, обычно используются по несколько штук: до очистки или применения и после, и позволяют наглядно сопоставить концентрацию солей в анализируемой среде в двух и более точках. Примером стационарного солемера могут служить модификации солемера КС-1М.

- Портативные солемеры, которые также называют карманными – чаще используются для оперативного контроля пригодности воды в определенное время и в определенном месте. Примером переносного солемера служит АНИОН-4120.

В зависимости от сферы применения выделяют:

- Промышленный солемер – который применяется для определения значения уровня минерализации водного раствора в промышленных масштабах в целях оценки его качества. Промышленный солемер прекрасно справляется с большими объемами водных растворов и отличается от других солемеров мощностью, функциональностью, неплохой точностью показаний, пропускной способностью и ресурсом эксплуатации. Прекрасным экземпляром промышленного солемера служат солемеры ПАИС-1.

- Лабораторный солемер – наиболее точный прибор-солемер, который предназначается для анализа сравнительно небольших объемов растворов. Лабораторные солемеры выпускаются как в переносном так и в стационарном исполнении, и, чаще всего, помимо определения концентрации солей в растворе способны проводить замеры других параметров и вычисления показателей на их основе в разных величинах.

- Бытовой солемер – это небольшой прибор, выполненный в монолитном корпусе, обладающий невысокой точностью измерений, и применяемый, как правило для анализа пригодности воды для питья.

В зависимости от измеряемой среды выделяют:

- Солемер морской воды – применяются в океанологических экспедициях.

- Солемер пресной воды – приборы такого типа являются самыми распространенными.

- Солемер нефти – особая категория солемеров, применяемая для подготовки нефти по технологическому процессу, и последующего анализа качества товарной нефти. Солемеры нефти представлены приборами АУМ-101М и САН-Л.

Следует уточнить также некоторые моменты в работе с солемером. Например, при помощи цифровой индикации у пользователя существует возможность объективно анализировать концентрацию изучаемых солей в растворе.

Поскольку солемер работает по принципу измерения удельной электропроводности, как и на кондуктометре, на приборе должен быть установлен автоматический компенсатор температуры. Такое конструктивное решение связано с тем, что под воздействием меняющихся температур растворы могут изменять свое удельное сопротивление, и, как следствие, свою удельную электропроводность (УЭП). Солемер выдает точные и объективные данные о содержании солей в растворе только при условии применения температурного компенсатора.

Большинство современных солемеров оснащается микропроцессорными схемами, что помимо точности позволяет производить измерения в большем диапазоне. Встроенная память прибора позволяет хранить полученные в результате исследований результаты, а также осуществлять анализ поступающих данных в сравнении с буферными контрольными растворами, благодаря которому микроконтроллер реализует функцию распознавания растворенных солей.

Процедура калибровки солемера достаточно проста и производится посредством калибровочного эталонного соляного раствора NaCl 342 ppm или 1000 ppm.

В настоящее время наиболее распространены приборы, в которых диапазон измерения минерализации колеблется от 0 до 999 мг/л (частиц на миллион). Погрешность измерения в таких приборах, обычно, не превышает 2%. При подключении промышленного солемера, его запитывают от сетей переменного напряжения в 220В с частотой в 50 Гц. Портативный же солемер может быть запитан от двух обычных пальчиковых батареек в 1,5В, что обеспечит ему около тысячи часов непрерывной работы

Список литературы

1. Портативные электрохимические анализаторы/ С.В. Соколков, П.Н. Загороднюк, Рос. хим. ж. (Ж. Рос. хим. об-ва им Д.И. Менделеева), 2001, т. XLV, № 5-6

2. http://xn--80a2agee.xn--p1ai/news/2013-10-04/pokazateli-kachestva-vody

3. https://tehnopribor.ru/downloads/science-articles/terminy-i-opredeleniya.php

4. http://www.td-anion.ru/catalog.htm