Avtomatlashtirish va boshqarish

Ma'ruza №34.
Gazlar tarkibini tahlil qilishning mass-spektrometrik va
xromotografik usullari.


Reja:

1. 
   
   Gazlar tarkibini tahlil qilishning mass-spektrometrik usuli.
   
2. 
   
   Gazlar tarkibini tahlil qilishning xromotografik usuli.
   

Massa-spektrometrik gaz analizatorlari. Massa-spektrometrlar gazlarni tahlil qilishda eng takomillashgan asboblardandir. Ular kimyoviy va fizik xossalaridan qat’i nazar, moddalarning izotop va molekular tarkibini aniq­lashga mo'ljallangan.

Massa-spektrometrik usul murakkab aralashmalardagi ko'p kompo­nentlarning miqdorini aniqlashga imkon berib, tahlilni juda tez o'tkazishni ta’minlaydi.

Tahlil qilishda tahlil qilinayotgan moddaning molekulalari qizigan katod emitterlaydigan elektronlar yordamida ionlanadi, elektr linzalar tizimi vositasida tor dasta tarzida fokuslanadi, tezlatuvchi elektronning elektr maydonida tezlatiladi va elektronlar kollektorida tutib qolinadi. Ion dastaning tarkibi tahlil qilinayotgan gaz aralashmasining molekular tarkibiga mos keladi. Ko'ndalang magnit maydoni ta’sirida oqim ionlar massasining ularning zaryadlariga nisbati bilan farq qiladigan ion nurlariga ajraladi, bular keyin kollektorga keladi. Kollektor zanjirida massalari turlicha ionlar elektr toki hosil qiladi va bu toklar oldin kuchaytirilganidan keyin o'lchanadi hamda elektron qayd etuvchi qurilma yordamida yozib qo'yiladi. Magnit maydonining kuchlanganligi asta-sekin o'zgartirib borilganida, tekshirila­yotgan gazning molekular tarkibini xarakterlovchi ion toklari spektri yoki massa-spektrlari yoziladi. Miqdoriy tahlil o'tkazish uchun massa-spektro- metrni tekshirilayotgan moddada bor deb taxmin qilingan har qaysi komponent bo'yicha oldindan darajalanadi.
Massa-spektrometrlarning tuzilishi analitik va o‘lchash qismlaridan iborat. Analitik qismda ion dastalari massalari bo'yicha hosil qilinadi, shakllantiriladi va ajratiladi. Oichash qismi ionlar manbayini va ishga tushirish tizimining stabillashgan kuchlanish bilan ta’minlash, ion toklarini oichash va qayd etish, vakuum tizimida bosimni oichash, massa sonlarini indekslash va hokazolar uchun moijallangan
Massa-spektrometrlar uchta turga: kimyoviy tarkibni tahlil qilish uchun — MX; moddaning strukturasi va xossalarini tekshirish uchun — MS; izo- toplarni tahlil qilish uchun — MI turlarga boiinadi. MS turidagi massa- spektrometrlar laboratoriya sharoitlarida oikaziladigan ilmiy tadqiqotlar uchun moijallangan.
Asbobsozlik sanoati kimyoviy tarkibini tahlil qiladigan MX-7201, MX- 7304, MX-I320 va izotopni tahlil qiladigan MI-1201B massa-spektrometr- larini ishlab chiqaradi.
MX-7201 massa-spektrometri metallarda va ularning qotishmalarida N₂, 0₂, N₂, S₂ gazlari va ularning gaz hosil qiluvchi qo‘shilmalari miqdorini aniqlash uchun moijallangan. Tekshirilayotgan materialdan gaz ajralib chiqishi vakuumda suyuqlantirish yoii bilan yoki grafitli tigelda amaiga oshi­riladi. Gazsimon qo‘shilmalarning tarkibini aniqlash monopolar (bir qutbli) massa-spektrometr yordamida amaiga oshiriladi. Massa sonlari bo‘yicha oichash chegaralari 2—60.
Magnitsiz MX-7304 massa-spektrometri so‘rib (tortib) olish tizimlari bilan ta’minlangan vakuumli tizimlarda qoldiq gazlarni sifat jihatidan tahlil qilish uchun moijallangan. Massa sonlari bo'yicha oichash chegaralari 2— 200, tahlil qilish xatoligi ±2,5%.
MX-1320 massa-spektrometri gaz aralashmalarini, suyuqliklami va 400 °C gacha haroratda gazsimon holatga oiadigan qattiq moddalarni miqdor va sifat jihatidan tahlil qilish uchun moijallangan. Massa sonlari bo'yicha o'lchash chegarasi 1—4000, tahlil qilish xatoligi ±5-10~⁶%.
MI-120IB massa-spektrometri gazlarning va qattiq moddalarning izotop tarkibini sanoat sharoitida tahlil qilish uchun mo'ljallangan. Natijalarini SMI bazaviy hisoblash kompleksi yordamida amaiga oshiriladi. Massa sonlari bo'yicha o'lchash chegaralari 2—720, tahlil qilish xatoligi ±0,15%.
Xromatografik gaz analizatorlari. Gaz analizatorlarining ko‘rib o‘tilgan hamma turlari gaz aralashmasidagi faqat bitta komponentning konsen­tratsiyasini aniqlashga imkon beradi. Xromatografik gaz analizatorlari (xromatograflar) ulardan farqli ravishda gaz aralashmasini to‘la tahlil qilishga, ya’ni bu aralashmani tashkil etuvchi hamma gazlarning konsentratsiyasini aniqlashga imkon beradi.
Xromatografik ajratish yoii bilan ko‘p komponentli gaz aralashmalarini tahlil qilish uchun mo‘ljallangan asboblar xromatograflar deb ataladi. Ularning prinsipial sxemasi 34.1-rasmda keltirilgan. 0‘lchash jarayoni xromatografda ikki bosqichda o‘tadi: oldin aralashma alohida komponentlarga ajratiladi, so‘ngra aralashmadagi har qaysi komponentning miqdori o‘lchanadi. Gaz aralashmasini ajratish kolonkasi 2 da sodir bo‘ladi.
B u kolonka yupqa naychadan iborat bo‘lib, o‘z sirtidagi gazlarni ushlab olish va tutib turish xususiyatiga ega bo‘lgan modda — sorbent bilan to‘ldirilgan bo‘ladi. Tahlil qilinayotgan gazning dozator 1 da o‘lchab olingan porsiyasi davriy ravishda eltuvchi gaz deb ataladigan yordamchi gazning uzluksiz oqimiga berib turiladi. Kolonka orqali aralashma porsiyasi haydalganida tegishli komponentlarga ajraladi. Ajralish gazlarning turlicha absorbsiyalanishi tufayli yuz beradi. Absorbsiyalanish qancha yuqori bo‘lsa, eltuvchi gaz molekulalarini sorbent sirtidan shuncha qiyinlik bilan ajratib oladi. Shuning uchun eltuvchi gaz kolonkaga to‘x- tovsiz kirib turib, undan komponentlarni navbati bilan siqib chiqaradi: oldin aralashmaning kuchsiz absorbsiyalanadigan komponenti, so‘ngra qolganlarini. Shunday qilib, kolonkadan haqiqatan olganda binar aralashma chiqadi, uning kompo- nentlaridan biri eltuvchi boTib, boshqasi tahlil qilinayotgan aralashma bo‘ladi. Binar aralashmalar detektor 3 yordamida tahlil qilinadi.
Detektorlarning eng ko‘p tarqalgan turlaridan biri termokonduktometrik gaz analizatorlaridir. Detektorning chiqish signali qayd etuvchi asbob 4 ga beriladi.

Gazlarni tahlil qilish uchun gaz absorbsion va gaz taqsimlash xromatog- rafiya usullari eng ko‘p tarqalgan. Bularning birinchisida harakatchan faza — gaz va qo‘zg‘almas faza — maydalangan qattiq modda bo‘ladi. Ikkinchi xil asboblarda harakatchan faza — gaz va qo‘zg‘almas faza — g‘ovak asosga surtilgan suyuqlik bo‘ladi. Gaz-absorbsion xromatograflarda komponentlarning ajralishiga ularning qo‘zg‘almas qattiq faza sirtiga turlicha absorbsiyalanishi, gaz taqsimlash xromatograflarda esa qo‘zg‘almas suyuq fazada turlicha erishi sabab bo‘ladi.

34.1-rasmda gazlar aralashmasining komponentlarga gaz absorbsion usulda xromatografik ajralishining prinsipial sxemasi ko‘rsatilgan. Gaz aralashmasining uchta A, В va С eltuvchi gaz yordamida uzun yupqa naycha — ajratish kolonkasi komponentlaridan tarkib topgan namunasi (34.2-rasm, a) orqali siqib chiqariladi, naycha spiral tarzida bukilgan va absorbent bilan to‘ldirilgan bo‘ladi.
Aralashma komponentlari turlicha absorbsiyalangani sababli ularning kolonkada harakatlanishi turlicha sekinlashadi. Ayni komponent molekulalari qancha ko‘p adsorbsiyalansa, ularning kechikishi shuncha katta bo‘ladi va aksincha. Uning uchun aralashmaning ayrim komponentlari kolonkada turlicha tezlikda harakatlanadi. Ma’lum vaqtdan keyin (34.2- rasm, b) birinchi bo‘lib kam absorbsiyalangan С komponent, undan keyin komponent В va nihoyat, eng ko‘p absorbsiyalangan va shu sababli boshqalariga qaraganda sekinroq harakatlanadigan A komponent ketadi.
Keyingi vaqt oraliqlarida komponentlarning harakatlanish tezligi turlicha boiganligi tufayli komponentlar to‘la ajraydi (34.2-rasm, с) va xromatografik kolonkadan ketma-ket yo eltuvchi gaz yoki eltuvchi gaz — komponentdan iborat binar aralashma chiqadi.