1–маъруза Мавзу: Моддаларнинг таркибини таҳлил қилиш ва параметрларини ўлчаш усуллари ва асбоблари. Таҳлилнинг кондуктометрик усули

3–маъруза
Мавзу: Суюқликларни таҳлил қилишнинг оптик усули.


Режа:

СУЮҚЛИК ТАРКИБИНИ АНАЛИЗ ҚИЛИШНИНГ ОПТИК УСУЛИ
Оптик анализаторларда анализ қилинаётган суюқлик таркиби билан шу суюқлик орқали ёруғликнинг тарқалиш қонунлари ўртасидаги боғланишдан фойдаланилади. Эритмаларни анализ қилишнинг оптик усуллари суюқликлар оптик хоссаларининг синдириш ва қайтариш коэффициенти, оптик зичлиги, қутбланиш бурчаги ва бошқа кўрсаткичларининг текширилаётган модда концентрациясига боғлиқлигига асосланган. Энг кўп тарқалган оптик анализаторларга фотоэлектрик рефрактометрлар, фотоэлектрик колориметрлар, фотоэлектрик нефелометрлар ва фотоэлектрик поляриметрлар киради.
Рефрактометрларда анализ учун ёруғликнинг бир муҳитдан иккинчи бир муҳитга ўтишида (бу муҳитларнинг оптик хоссалари турлича бўлганлиги сабабли) ўз йўналишини ўзгартириш хусусиятидан фойдаланилади. Агар муҳитлардан бирининг оптик хоссаси ўзгармасдан қолса (эталон муҳит), иккинчисининг хоссаси эса суюқликдаги компонентларнинг концентра­циясига боғлиқ бўлса, у ҳолда ёруғлик нурининг четга чиқиши бўйича бу компонентнинг концентрациясини ўлчаш мум­кин.
Ёруғлик нурининг четга чиқишини (синиш кўрсаткичини) аниқлашнинг бир нечта усули мавжуд бўлиб, улардан асосийлари спектрометрик ва тўла ички қайтариш усулларидир.
Спектрометрик усул ёруғлик оқимининг назорат қилинаётган шиша призмаларда энг кам четга чиқиш бурчаги бўйича ёруғликнинг синиш кўрсаткичини аниқлашга асосланган.
1 6.10-расмда автоматик рефрактометрнинг принципиал схемаси кўрсатилган бўлиб, унда анализ қилинаётган эритма икки кювет 4 ва 6 дан иборат дифференциал кювет орқали ўтказилади. Ҳар икки кювет умумий деворча 5 га эга призмадан ибораг. Кювет 4 оркали анализ қилинаётган эритма ўтказилади, кювет 6 да эса эталон суюқлик туради.
Ёруғлик манба 1 дан линза 2 ва диафрагма 3 ёрдамида ёруғлик полосаси а га ўзгаради, у иккала кюветдан ўтиб, қўшалок фогорезистор 7 га тушади. Агар 4 ва 6 кюветлардаги суюқликларнинг оптик хоссалари бир хил бўлса, чиқаётган ёруғлик оқими б нинг йўналиши ёруғлик оқими а нинг йўналиши билан бир хил бўлади. Бу ҳолда ҳар иккн фоторезистор бир хилда ёритилган ва уларнинг қаршиликлари тенг бўлади.
Анализ қилинаётган суюқликнинг оптик хоссалари ўзгарганила ёруғлик оқими ўз йўналишини икки марта ўзгартиради: эталон кювет 6 га киришда ва ундан чиқишда. Нурнинг в йўналишда силжиши натижасида пастки резисторнинг ёритилганлиги ошади, юқориги фоторезисторники эса камаяди. Фоторезисторлар қаршилигининг ўзгариши кўприк схема 8 ёрда­мида ўлчанади.
Яна бир кенг тарқалган группалардан бири автоматик рефрактометрлар бўлиб, уларнинг ишлаши тўла ички қайтариш ҳодисасига асосланган.
Рефрактометрлар бензин, керосин, хлорид ва нитрат кислоталари, спиртлар ва бошқа суюқликларни анализ қилишда қўлланилади. Баъзи рефрактометрлар кюветининг конструкцияси улардан агрессив, заҳарли, полимерланадиган ва юқори температурали муҳитларни анализ қилишда фойдаланишга имкон беради. Миқдор жиҳатдан анализ қилишнинг калоримет­рик методи ранг қўшилган эритмаларнинг улардан ўтадиган ёруғлик оқимини бир хилда ютмаслигига асосланган. Миқдорий нисбатлар Ламберт—Бер қонунига мувофиқ аниқланади.
Фотоэлектрик колориметрлар спектрнинг кўринадиган участкасида ишлаш учун мўлжалланган. Концентрацияни ўлчаш анализ қилинаётган модданинг бўялиш интенсивлиги бўйича бажарилади, асбобнинг номи ҳам шундан олинган („колор" — ранг дегани). Одатда фотоколорометрлар спектрнинг кенг соҳасида ишлайди, шунинг учун уларда нурланиш манбалари сифатида чўғланиш лампаларидан фойдаланилади. Ўлчаш сезгирлиги ва танланишини ошириш учун фотоколориметрларда ёруғлик фильтрларидан кенг фойдаланилади. Ёруғлик оқимларининг интенсивлигини қайд этиш учун қабул қилгичлар сифатида турли фотоэлементлар, фотоқаршиликлар ва фотокўпайтиргичлардан фойдаланилади.
Автоматик фотоколорометрларда одатда икки каналли (диф­ференциал) схемалар кўлланилади. Бу схемалар ёруғлик манбаидаги ўзгаришларга сезгир эмас, чунки уларда ўлчаш ишлари таққослаш усулида бажарилади. Икки каналли колорометрларда (16.11-расм) икки фотоэлементнинг фототоклари таққосланади; фототоклардан бирининг катталиги назорат қилинаётган эритма орқали ўтаётган ёруғлик оқимига, иккинчи фототокнинг катталиги эса эталон эритмадан ўтган ёруғлик оқимига пропорционал бўлади.
Э талон ва текширилаётган суюқликларнинг оптик хоссалари бир хил бўлган ҳолларда ҳар икки фотоэлементнинг ёритилганлиги бир хил бўлади ва кўприк диагоналида ток бўлмайди. Агар текширилаётган суюқлик эталон суюқликникидан фарқ қиладиган концентрацияга эга бўлса, (кучли ёки кучсиз бўялган бўлса), у ҳолда кўприкнинг диагоналида ток пайдо бўлиб, унинг катталиги концентрацияга функционал боғлик бўлади.
Оптик қисмининг нисбатан мураккаблиги ва схема элементлари спектрал характеристикаларининг ўлчаш натижаларига таъсир қилиши бу асбобларнинг камчилиги ҳисобланади.
Бундай асбобларнинг хатолиги кювет дарчаларининг ва нурлар йўлидаги бошқа элементларнинг бир хилда ифлосланмаслиги туфайли катта бўлади.
Суюқликда эримай қолган муаллақ зарралар концентрациясини назорат қилиш учун лойқа муҳитларда ёруғликнинг сочилишига асосланган усуллар кўлланилади.
Агар лойқа муҳит орқали ёруғлик оқими ўтказилса, у ҳолда унинг бир қисми суюқликдаги зарралар орқали сочилади. Назорат қилинаётган суюқликда муаллақ зарралар концентрацияси қанча юқори бўлса, ёруғлик оқимининг шунча катта қисми сочилади. Бунда назорат қилинаётган суюклик орқали ўтаётган ёруғлик оқими интенсивлигининг кучсизланиши ҳам (турбидиметрик ўлчаш), ёруғлик оқимининг сочилиш интенсивлиги ҳам (нефелометрик ўлчаш) концентрация ўлчови бўлиши мумкин.
И кки оптик канали бор нефелометрнинг принципиал схемаси 16.12-расмда кўрсатилган. Ёруғлик оқими манба 1 дан чиқиб, шиша дарчалар 3 билан жиҳозланган ўлчаш камераси 2 орқали ўтади. Камера 2 орқали ўтган ёруғлик оқими таққослаш каналига йўналади, сочилган ёруғлик оқими эса ўлчаш каналига йўналади. Ҳар икки оқим обтюратор 4 ёрдамида навбатма-навбат фотоэлемент 5 га тушади. Сочилган ёруғлик оқими билан таққослаш оқими ўртасидаги фарқ (айирма) муаллақ зарралар концентрациясига боғлиқ бўлади. Нефелометрларда ёруғлик оқимларининг компенсацияланиш принципидан фойдаланилади, бунинг учун уларнинг нотенглиги мавжуд бўлганида электрон кучайтиргич чиқишига уланган реверсив двигатель РД асбоб стрелкасини оптик пона 6 сари силжитиб, ёруғлик оқимларини тенглаштиради.
Нефелометрлар асосан эмульсияларни анализ қилишда ва қисман оқова сувлардаги нефть маҳсулотлари миқдорини ана­лиз қилишда ишлатилади.
Турбидиметрик анализаторлар ичимлик ва оқова сувларнинг лойқалигини, тиндиргичлар ва технологик аппаратлардаги шлам сатҳини, суспензиялардаги зарралар концентрациясини ўлчашда кўлланилади.
Турбидиметрик анализаторлар сув лойқалигини ўлчайдиган 0—3 дан 0—500 мГ/л гача ўлчаш диапозонига эга, ўлчаш хатолиги ±2% дан ошмайди
Концентрацияни аниқлашнинг поляриметрик усули баъзи оптик жиҳатдан актив моддаларнинг улардан ўтаётган қутбланган ёруғликнинг қутблантириш текислигини айлантириш хоссасидан фойдаланишга асосланган.
Оптик жиҳатдан актив моддалари бор эритмалар қутбланиш учуй қутбланиш текислигини айлантириш бурчаги а эритма қалинлиги бир хил турганида шу эритма қатламига пропорционал бўлади:
(16.13)
6у ерда α₀—қутбланиш текислигининг қутбланган ёруғлик температурасига унинг тулқин узунлигига боғлиқ бўлган солиштирма айланиши; i—қатлам қалинлиги; с—эритманинг концентрацияси.
Шундай қилиб, α₀ нинг қийматини билган ҳолда, l нинг улчанган қиймати бўйича концентрация с ни аниқлаш мумкин.
1 6.13-расмда автоматик поляриметрнинг принципиал схемаcи келтирилган.
Ёруғлик нурлари манба 1 дан чиқиб линза 2 ёрдамида параллел тутамга яқинроқ ёруғлик тутамига айлантирилгач, интерференцион фильтр 5 дан ўтиб, монохроматик бўлиб қолади. Поляризатор 4 бу нурланишни азимути маълум қутбланган чизиқли нурланишга айлантиради. Модулятор 5 (масалан, Фарадей ячейкаси) қутбланиш азимутини f частота билан ўрта вазиятдан бир хилдаги катталикка ўзгартиради. Анализатор 7 қутбланиш азимутининг ўртача вазиятига нисбатан 90° бурчак ҳосил қилиб ўрнатилган (айқаш вазият) бўлиб, фотоприёмник 8 га кутбланиш азимути ўзгаришининг қўшалоқ частотаси (2f) га тенг модуляцияли амплитуда билан киради. Фотоприёмник таъминлаш блоки 9 дан ишлайди ва нурланишни электр сигналига ўзгартиради.
Агар модулятор билан анализатор ўртасига оптик жиҳатдан актив объект 6 жойлаштирилса, у ҳолда қутбланиш азимути ўртача вазиятдан маълум бурчак α га ўзгаради ва фотоприёмникка f частотали нурланиш киради. f частотали электр сигнал электрон кучайтиргич 10 да номувофиқлик сигналини ҳосил қилади, бу сигнал анализатор билан бикр алоқага эга бўлган ижро механизми 11 га тушади. Номувофиқлик сигналининг фазасига қараб, ижро механизми анализаторни системанинг оптик ўқи атрофида у ёки бу томонга буради. Бу ҳол то айкаш вазият яна қарор топганига қадар давом этади ва анализатордан кейин нурланиш частотаси 2f га тенг бўлмай қолади. Анализаторнинг бурилиш бурчаги қутбланиш азимутининг оптик жиҳатдан актив объект билан бирга айланиш бурчагига тенг бўлади. Ўлчаш натижалари анализатор билан ижро механизми орқали боғланган саноқ қурилмаси 12 да қайд этилади.
Қутбланиш-оптик усуллар амалда инерциясиз бўлиб, юқори аниқликка эгадир.