5. Електрохімічні газоаналізатори

Газоаналізатори, засновані на використанні електрохімічних реакцій, що відбуваються в електролітах під дією аналізованих компонентів газових сумішей, відрізняються високою вибірковістю й граничною чутливістю до аналізованих компонентів, що нерідко становить 1 10-•6^-%. Відомий ряд електрохімічних газоаналізаторів, в основу яких покладені електрохімічні реакції, однак поширення одержали тільки кулонометричні й полярографічні прилади. У харчовій промисловості електрохімічні газоаналізатори застосовуються в технологічних процесах, пов'язаних з використанням газових середовищ, що містять малі концентрації кисню, наприклад при вирощуванні дріжджів, біосинтезі й т.п., а також для контролю змісту сірчистого ангідриду в цукровому виробництві, виноробстві й ін.

Кулонометричні газоаналізатори. У основу цих газоаналізаторів покладена пряма пропорційна залежність між силою струму або кількістю електрики, що пройшли через систему, і кількістю прореагуючого при електролізі аналізованої речовини. Газоаналізатори, засновані на цьому принципі призначені для визначення малих концентрацій сірчистих з'єднань в аналізованій газовій суміші або в повітрі виробничих приміщень.

У кулонометричному газоаналізаторі (мал. Х.5) використовується безперервне ку-лонометричне титрування сіркозмістовного компонента галогеном, генеруючого з підкисленого сарною кислотою водяного розчину KJ (або КВг), за допомогою якого цей компонент адсорбується.

Рис. Х.5. Структурна схема вимірювального перетворювача кулонометричного газоаналізатора

Вимірювальним перетворювачем кулонометричного газоаналізатора є осередок. Аналізований газ барботує через осередок 1, заповнену підкисленим водяним розчином ДУ. У розчин опущені вимірювальні електроди 2 і 3, порівняльний і робочий, і два однакових генераторних платинових електроди 6, що підключаються до регульованого джерела постійного струму 5 і службовці для електролізу розчину K.I. У результаті електролізу виділяється титрант — молекулярний, що окисляє SO₂ з утворенням сірчаної кислоти. Якщо кількість SO₂, що надходить із потоком проби в осередок в одиницю часу, еквівалентно кількості одержуваному при електролізі, то окислювально-відновлювальний потенціал, вимірюваний вимірюючими електродами 2 і 3, відповідає кінцевій крапці титрування. При цьому сила струму електролізу пропорційна концентрації SO₂. Вимір сили струму електролізу здійснюється автоматичним вимірювальним приладом - потенціометром (на схемі не показаний).

При порушенні еквівалентності між кількістю SO₂ змінюється окислювально-відновний потенціал по сигналі від вимірювального пристрою 4 регулюючий пристрій — джерело постійного струму 5—_: змінить силу струму електролізу.

Концентрація аналізованого компонента (в %)

C = l/k, ( XX.-10)

де l — сила струму електролізу, A; k — постійний коефіцієнт, що враховує масові й об'ємні співвідношення реагуючих речовин (наприклад, SO2 і h), електрохімічний еквівалент йоду й розмірність величин, що входять у дане рівняння, Кл/м³; Q - об'ємна витрата газу, м³/год.

Межі виміру кулонометричних газоаналізаторів від 0 до 1%.

Полярографічні газоаналізатори.

Полярографічний метод газового аналізу заснований на електролізі електролітів, що містять електрохімічні активні речовини, кількості яких прямо пропорційні тиску цих же речовин в аналізованому газі, продуву безупинно (барботуючого) через електроліт.

Принцип дії полярографічних газоаналізаторів, призначених для визначення дуже малої кількості кисню (до 0,00001%), полягає у вимірі сили граничного дифузійного струму, що виникає при електровідновленні молекул кисню на катоді гальванічного осередку. При відсутності в електроліті електрохімічно активної речовини сила струму у вимірювальному ланцюзі практично дорівнює нулю. При введенні в осередок електрохімічно активної речовини у вимірювального ланцюга з'являється струм, пропорційний концентрації аналізованого речовини.

При цьому на катоді протікає реакція відновлення ПРО₂ до гідроксилів ОН~:

ПРО₂ + 2Н₂ПРО + 4е — ЮН~,

а на аноді відбувається окислювання металу Me з утворенням окису металу анода:

2Ме + ЛОН-+ 4е'^2Ме (ВІН)₂.

Значення вихідного струму осередку прямо пропорційно парціальному тиску кисню й визначається наступною залежністю:

(Х11)

де п — число електронів, що беруть участь у реакції; F-число Фарадея, рівне 9, 648670-107 Дж/моль; S — площа поверхні електродів, м²; Р_т — проникність полімерної мембрани, Па; -Po_t— парціальний тиск ПРО₂ в аналізованій суміші, Па; б — товщина мембрани, м.

Вимір сили струму здійснюється за допомогою високоточних компенсаційних схем (потенціометрів).