Методы определения концентрации растворённого кислорода в воде (стр. 9 из 9)

Датчик LDO для измерения концентрации кислорода люминесцентным методом:

Датчик Lange LDO включает два основных компонента (см. рис. 2):

1) Крышка датчика со слоем люминофора, нанесенным на прозрачную подложку.

2) Корпус датчика с синим и красным СИД (светоизлучающие диоды), фотодиодом и электронным преобразователем сигнала (анализатором).

В рабочем положении крышка накручивается на датчик и погружается в воду. Молекулы кислорода в анализируемом образце вступают в непосредственный контакт с люминофором.

В процессе измерения синий СИД испускает импульс света, который проходит через прозрачную подложку и частично поглощается слоем люминофора. Электроны в молекулах люминофора при этом переходят на более высокий энергетический уровень (возбужденное состояние). В течение нескольких микросекунд электроны возвращаются в исходное состояние через несколько промежуточных энергетических уровней, испуская разницу в энергиях в виде более длинноволнового (красного) излучения.

Если в этот момент молекулы кислорода находятся в контакте с люминофором,

· они могут поглотить энергию электронов, находящихся в возбужденном состоянии и сделать возможным их возвращение в исходное состояние без испускания кванта света (безизлучательный переход). С увеличением концентрации кислорода этот процесс будет приводить к уменьшению интенсивности испускаемого «красного» излучения (люминесценции).

· они вызывают вибрацию в люминофоре, что, в результате, приводит к более быстрому переходу электронов из возбужденного в основное состояние. Таким образом, время люминесценции сокращается.

Оба аспекта влияния кислорода можно отнести к явлению, обозначаемому термином «гашение люминесценции». Их влияние показано на рис. 4: импульс света, посылаемый синим СИД в момент времени t=0 попадает на слой люминофора, который впоследствии испускает красное излучение. Максимальная интенсивность (Imax) и время затухания красного излучения зависят от окружающей концентрации кислорода (время затухания определяется как время между началом возбуждения и падением уровня красного излучения до величины 1/e от максимальной интенсивности).

Для определения концентрации кислорода анализируется время затухания люминесценции. Таким образом, измерение концентрации кислорода сводится к чисто физическому измерению времени.

Отклик сенсора постоянно регулируется при помощи красного СИД, смонтированного в датчике. Перед каждым измерением он испускает луч света с известными характеристиками, который отражается от люминофора и попадает в оптическую систему. Благодаря этому, без задержки происходит определение и компенсация любых изменений измерительной системы.

Хемилюминесцентный анализ

Хемилюминесцентный анализ является разделом каталитических (кинетических) методов анализа, с одной стороны, и разделом люминесцентных методов анализа, с другой.

Отличие хемилюминесцентного метода от других каталитических методов заключается в форме использования эффекта катализа. В обычных каталитических методах количество продукта устанавливают фотометрически или титриметрически. В каталитической хемилюминесцентной реакции главным «продуктом» является свет, количество или интенсивность которого измеряется фотографическим методом или с помощью фотоэлементов или фотоумножителей.

При хемилюминесцентном методе анализа применяется более простая аппаратура, чем при люминесцентном, так как нет необходимости в кварцевой лампе или другом источнике светового возбуждения; кроме того, фон можно сделать каким угодно малым. При люминесцентном методе анализа многие ионы с незаполненными d-уровнями вызывают гашение люминесценции. Между тем, в хемилюминесцентных реакциях эти ионы часто являются активаторами или катализаторами (иногда и ингибиторами) и поэтому легко определяются. Интересно также отметить, что некоторые элементы, как ванадий или цирконий, которые являются катализаторами по отношению к перекиси водорода в обычных каталитических реакциях, в хемилюминесцентных реакциях, наоборот, оказываются ингибиторами.

Явления хемилюминесценции используют в аналитической химии в следующих направлениях: в качестве индикаторов при титриметрическом определении обычных количеств различных веществ; при определении основных компонентов хемилюминесцентной реакции: перекиси водорода, кислорода, органических соединений, индикаторов хемилюминесценции; при определении микроколичеств элементов, являющихся катализаторами и ингибиторами хемилюминесценции; при окислении органических веществ, являющихся ингибиторами.

Вывод

Несмотря на то, что существует огромное количество методов определения концентрации растворённого кислорода в воде, повсеместно используются только некоторые из них. Это методы, которые не требуют громоздкой аппаратуры и высококвалифицированного персонала.

Химические методы не требуют специальной аппаратуры, кроме лабораторной посуды. Однако они довольно трудоемки, им требуется большое количество разнообразных химических реактивов (в том числе ядовитых). Так же большую сложность представляет удаление веществ искажающих результаты измерений. Данные методы не пригодны для анализа вод содержащих железо и иодосодержащие вещества.

Электрохимические методы не имеют недостатков описанных выше. Современные датчики, сконструированные на основе электрохимических методов компактны, точны, просты в использовании. Эти датчики используются как на партитивных, так и на стационарных анализаторах.

Некоторые фотометрические и люминесцентные методы являются очень точными. Основным их недостатком является то, что для проведения анализа необходимы реактивы и вещества сложные для синтеза. Так же для большинства колориметров необходим стандартный раствор для сравнения. Люминесцентные и хемилюминесцентные методы требуют очень сложной аппаратуры и громоздких фотоумножителей.

Используемая литература

1. Химия и технология воды т. 22, №5. Киевский университет. 2000 г. 473 с

2. Бабко А.К., Пилипенко А.Т. Фотометрический анализ. Москва.1974. 175–186 с.

3. О.А. Алекин, А.Д. Семенов, Б.А. Скопинцев Руководство по химическому анализу вод суши. Л. Гидрометеоиздат, 1973 г., стр. 36–44.

4. Ю.Ю. Лурье, А.И. Рыбникова Химический анализ производственных сточных вод. М. Химия, 1974 г. 4-е изд., стр. 45–54.

5. Скопинцев Б.А., Митягина О.В. Об определении растворенного в воде кислорода в присутствии восстановителей. // ЖПХ 1939, т. 12

6. ИСО 5813–83. Определение растворенного кислорода. Иодометрический метод.

7. ИСО 5814–84. Определение растворенного кислорода. Метод электрохимического датчика.

8. Фомин Г.С. Вода. М.: Протектор, 2000 848 с.

9. http://www.ecoinstrument.ru/Service_LDO.asp

10. Б.А. Скопинцев, Ю.С. Овчинникова Определение растворенного кислорода в водах, содержащих различные окислители и восстановители. // ЖПХ 1933, т. 6, _6, стр. 1173–1179.

11. Стромберг А.Г. Физическая химия. М.: Высшая школа, 1988. 496 с.

12. Разумовский С.Д. Кислород – элементарные формы и свойства. М.: Химия, 1979. 304 с.

13. Никифоров А.Ф. Физикохимия воды и водных растворов. Екатеринбург: ГОУ УГТУ-УПИ, 2003. 92 с.

14. Лотош В.Е. Экология природопользования. Екатеринбург: Полиграфист, 2001. 540 с.

15. Шуваева О.В. Современное состояние и проблемы элементарного анализа вод различной природы. Новосибирск: ГПНТБ СО РАН, 1996. 48 с.

16. Сокольский. Ю.М. Очистка вод. М: Химия, 1986. 258 с.

17. Морф В. Принципы работы ионоселективных электродов и мембранный транспорт. М.: Мир, 1985. 280 с.

18. Аманазаров А. Шарнопольский А.И. Методы и приборы для определения кислорода. М.: Химия, 1988. 144 с.

19. Агасян П.К. Основы электрохимических методов анализа. М.: Химия, 1984. 168 с.

20. Сперанская Е.Ф. Оптические методы анализа. Часть 1. Алма-ата: КазГУ. 60 с.

21. Шпак И.Е. Михайлова А.М. Характеристика и анализ вод. Саратов: Сарат.гос. техн. ун-т, 2000. 80 с.

22. Божевольнов Е.А. Люминесцентный анализ неорганических веществ. М.: Химия, 1966. 416 с.

23. Тхоржевский В.П. Автоматический анализ газов и жидкостей на химических предприятиях. М.: Химия, 1976. 272 с.