Способ определения состава газовой смеси Советский патент 1985 года по МПК G01N7/10 

сог

Ar Ot Nt A

Ht

т fso

гоо r,c gjut.r Изобретение относится к способам определения состава х азовой смеси и может найти широкое применение в тех отраслях промьшшенности и карод ного хозяйства, -где необходимо прои водить одновременный качественный и количественный анализ состава газовых смесей. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей измереНИ.Я за счет определения молекулярно массы компонентов исследуемой газовой смеси. На фиг. 1 представлена калиброво ная зависимость молекулярная масса характерное время достижения максимума давления, на фиг. 2 и 3 - относительное изменение перепада давления многокомпонентной газовой сме си. Измерения производят при реализа ции свободно-молекулярнюго (кнудсеновского) течения газа в порах мемб раны (10d Л, где d - диаметр пор, а Л- средняя длина свободного пробега газовых молекул). Поэтому дв -1жение отдельных компонент через мембрану можно считать независимым. Следовательно, время достижения каж дого характерного максимума давления однозначным образом зависит от молекулярной массы компонента. Аналитическое выражение изменения давления многокомпонентной смеси в камерах устройства, реализующего данньй способ, можно записать в виде /Si Si Р-Р,.Я Pj - парциальные давления компо нент, причем -концентрация i-го компонент -первоначальное давление смеси соотвтетственно для эталонного газа эффективный радиус и длина пор мембраны , общее число пор объем камер-. ,6RT. /2 - тепловая ско . . рость молекул i-ro компонента. Данная зависимость имеет явно выраженные максимумы, которым соответствуют характерные времена -In Si в качестве мембран используют полиядерные фильтры Объединенного института ядерных исследований (г. Дубна) Din мембраны фирмы NucPepore (США). Они выгодно отличаются от мембран других типов порами цилиндрической формы и их малой дисперсией по размерам. Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. Сначала определяют характерные времена достижения максимумов давления для газов с известными молекулярными массами. Для зтого предварительно напускают эталонную газовую смесь и сравнительньй газ соответственно в рабочую и сравнительную камеры, разделенные полупроницаемой пористой мембраной. Выравнивают в начальный момент времени давления в камерах. Затем измеряют величину и время достижения характерных максимумов перепада давления, соответствующих компонентам эталонной смейи с известными . молекулярными массами. При этом величина отдельного максимального перепада давления между камерами пропорциональна концентрации соответствующей компоненты газовой смеси. На основе полученных данных строят калибровочную зависимость молекулярная масса - характерное время достижения максимума давления (фиг.1). Перед следующим измерением камеры промывают сравнительньпч газом. После напуска исследуемой смеси и сравнительного газа соответственно в рабочую и сравнительную камеры измеряют время достижения максимумов перепада давления и определяют молекулярные массы компонентов исследуемой газовой смеси по совпадающим во времени характерным максимумам перепада давления эталонной газовой смеси. Пример 1. Получение калибровочной зависимости эталонного газа

31

m: f(T-), где m:, Т: - масса и соответствующее ей характерное время достижения максимума давления для j-ro компонента. В качестве сравнительного газа использовался Не.

Калибровка проводилась на мембра не типа ядерный фильтр из полиэтилентерефталата (лавсана). Дпя обеспечения кнудсеновского режима течения газа в порах мембраны, т.е. исходя из соотношения lOd / , давление в капилляре было вьйрано равным 10 торр, а мембрана имела следующие характеристики: d 200 А, п. 2,5 10 пор/см, толщина L 10 мкм и площадь F 3 см. На фиг. 1 изображена полученная калибровочная зависимость для ряда газов.

Пример 2. Анализ многокомпонентной газовой смеси Х -Х2-Х -Не при неизвестных Х, Xj, Х. На фиг. 2 можно вьщелить несколько ха823324

рактерных максимумов, которым будут соответствовать и 15 с, Cj 85 с

120 с. Исходя из калибровочи

Xj N2

И,

ной кривой получим: Х

С02. При этом степень разреше 3

ния данной смеси составляет 10% (относительная высота двух близлежащих пиков, см.фиг.3), а точность определения концентрации лежит на уровне 5%, что вполне удовлетворительно для данного типа устройства. Таким образом, предлагаемый способ позволяет производить анализ многокомпонентных смесей, когда компоненты отличаются по массе не менее чем в 1,5 раза.

Пр|-гменение данного способа особенно выгодно в тех областях науки и техники, где необходимо оценочное, зкспрессное и простое определение состава газовой смеси.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТАВА ГАЗОВОЙ СМЕСИ, включающий напуск исследуемой газовой смеси и сравнительного газа соответственно в рабочую и сравнительную камеры, разделенные полупроницаемой пористой мембраной, измерение максимального перепада давления между камерами, пропорционального концентрации компонентов газовой смеси, при этом перепад давления в начальньм момент времени ра/П/ Jif : Iff вен нулю, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей измерения за счет опред еления молекулярной массы компонентов исследуемой газовой смеси, предварительно напускают эталонную газовую смесь и сравнительньй газ соответственно в рабочую и сравнительную камеры, измеряют время достижения -характерных максимумов перепада давления, соответствующих, компонентам эталонной смеси с известными-молекулярными массами, после напуска исследуемой смеси и сравниТельного газа измеряют время достиже 5 ния максимумов перепада давления и сл определяют молекулярные массы компонентов исследуемой газовой смеси по совпадающим во времени характерным максимумам перепада давления эталонной газовой смеси. 00 tc СА9

05

О 15

50 85 т 120 Г,с (риг. 2