Многокомпонентных жидкостей и газов

ГЛАВА 12

АВТОМАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ СОСТАВА

МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ

§ 12.1 Задачи автоматического анализа состава многокомпонентных жидкостей и газов. Классификация методов анализа

Определение химического состава (в дальнейшем состава) жидких и газообразных сред — одна из сложнейших аналитических задач, для решения которой используется весь современный арсенал зна­ний физики, химии, физической химии и других наук.

Измерительная информация о составе жидких и газообразных сред в условиях химико-технологических процессов во многих слу­чаях позволяет однозначно определить качество сырья, промежу­точных и конечных продуктов.

В последнее время происходит коренное изменение в средствах и методах определения состава жидких и газообразных сред, ис­пользуемых в химико-технологических процессах. На смену лабора­торным химическим методикам приходят полуавтоматические ла­бораторные и автоматические промышленные средства анализа состава.

Задачи автоматического анализа состава жидких и газообраз­ных сред на химико-технологических процессах решаются как при контроле сырья и продукции, так и при управлении ходом процесса.

При контроле качества сырья и продукции и выполнении связан­ных с ним товароучетных операций обычно определяется полный состав многокомпонентных жидких и газообразных сред. При уп­равлении химико-технологическими процессами типичной является задача измерения концентрации одного или нескольких «ключевых» (определяемых) компонентов многокомпонентной среды. На основе информации о содержании ключевых компонентов строится управ­ление химико-технологическим процессом. Для решения задачи измерения концентрации ключевых компонентов часто используют методы анализа полного состава многокомпонентной смеси, и из результатов анализа извлекают требуемую информацию о содер­жании ключевых компонентов.

Сложность современных методов и средств автоматического анализа состава многокомпонентных сред, их разнообразие и все время ужесточающиеся требования к регламенту химико-техноло­гических процессов определяют тот факт, что во многих случаях еще не найдены удовлетворительные решения задачи анализа состава многокомпонентных сред, главным образом по скорости по­лучения измерительной информации и точности измерений.

Современные методы автоматического анализа состава многокомпонентных жидких и газообразных сред (смесей) подразделя­ют на два класса: многопараметрические методы и методы разде­ления.

К многопараметрическим методам анализа состава относят ме­тод различных свойств, метод различных условий и метод преоб­разований.

К методам разделения, используемым для анализа состава, от­носят: хроматографию, масс-спектроскопию и ректификацию.

Для автоматического анализа состава многокомпонентных сме­сей на химико-технологических процессах в настоящее время в ос­новном применяется хроматография, а для решения простых задач иногда используются многопараметрические методы.

Анализ состава многопараметрическими методами сводится к проведению совокупных измерений (см. § 1.2 и 3.6), связанных с необходимостью решения системы уравнений. Поэтому точность многопараметрических методов принципиально ограничена и зави­сит от погрешности средств измерений, используемых для выпол­нения прямых измерений. Она существенно уменьшается с увели­чением числа компонентов в многокомпонентной анализируемой смеси. Обычно многопараметрические методы при существующей погрешности автоматических анализаторов позволяют осущест­влять анализ состава трех-четырех компонентных смесей. Серьез­ным недостатком всех многопараметрических методов является сложность измерительной установки или системы.

Методы разделения включают в себя предварительное разделе­ние многокомпонентной смеси на отдельные компоненты и прямое измерение количества каждого из компонентов. Погрешность ме­тодов разделения определяется в основном погрешностью измере­ния количества любого компонента и не зависит от числа компонен­тов в анализируемой смеси. В этом, а также в универсальности методов разделения состоит их преимущество перед многопарамет­рическими методами.

Недостатком методов разделения по сравнению с многопарамет­рическими является существенная ч некоторых случаях тродолжительность измерения, связанная с необходимостью проведения про­цессов разделения.

§ 12.2. Многопараметрические методы и средства автоматического анализа состава

В общем случае анализ состава многокомпонентной анализируемой смеси многопараметрическими методами представляет собой сово­купные измерения, при которых осуществляют, по меньшей мере, n—1 прямых измерений свойства анализируемой смеси. При этом под свойствами понимают физико-химическое свойство или параметр анализируемой смеси. Результаты этих измерений, т. е. вы­ходные сигналы используемых средств измерений, являются той измерительной информацией, которая необходима для выполнения анализа состава многопараметричейшми методами. Эта измери­тельная информация, а также найденные путем предварительных исследований зависимости сигналов средств измерений от концен­траций компонентов анализируемой смеси позволяют составить в общем виде следующую систему нелинейных уравнений:

U₁ = F₁ (c₁, c₂,...,c_i,...,c_n),

U₂ = F₂ (c₁, с₂,...,c_i,...,c_n),

· · · · · · · · · · · · · · · · · · ·

U_j = F_j (c₁, с₂,...,c_i,...,c_n), (12.1)

· · · · · · · · · · · · · · · · · · ·

U_(n-1) = F_(n-1) (c₁, с₂,...,c_i,...,c_n),

1 = c₁ + с₂ +...+ c_i +...+ c_n),

где U₁, U₂,..., U _і,..., U_(n-1) — сигналы средств измерений, исполь­зуемых для прямых измерений свойств анализируемой смеси; с₁, с₂,...с_і,...,с_n — концентрации компонентов анализируемой сме­си; F₁, F₂,..., F_j,..., F_(n-1) — символы функций, выражающих зависи­мость сигналов средств измерений от концентраций компонентов анализируемой смеси.

В результате решения системы уравнений (12.1) находят кон­центрации компонентов анализируемой смеси, т. е. определяют ее состав:

c₁ = f₁(U_1,U_2, …,U_{j, …}U_(n-1)),

c₂ = f₂(U_1,U_2, …,U_{j, …}U_(n-1)),

......................

c_i = f_i(U_1,U_2, …,U_{j, …}U_(n-1)), (12.2)

......................

c_(n-1) = f_(n-1)(U_1,U_2, …,U_{j, …}U_(n-1)),

c_n = 1-(c₁ + c₂ + …+ c_i +…+ c_(n-1)),

где f₁, f₂, …, f_i, …, f(n-1) — символы функций, найденных при решении системы (12.1).

Чтобы решение системы (12.1) существовало, необходимо вы­полнение следующих условий: число уравнений системы (12.1) должно быть равно числу компонентов анализируемой смеси; все уравнения должны быть независимы друг от друга; все функции F'f и их производные по концентрациям всех компонентов должны существовать и быть непрерывными в области возможных решений системы (12.1), функциональный определитель (якобиан) системы уравнений (12.1) не должен быть тождественно равен нулю в об­ласти возможных решений этой системы уравнений.

Для многокомпонентной смеси газов или жидкостей, параметры которой являются аддитивными, запишем

(12.3)

где П_см — свойство многокомпонентной смеси; П_і — аналогичное свойство і-го компонента.

Как и в случае анализа бинарных смесей, аддитивными обычно считают физико-химические свойства или параметры многокомпо­нентных смесей газов и жидкостей в том случае, когда концентра­ция компонентов изменяется в узком диапазоне.

При условии, что все ис­пользуемые для анализа свой­ства многокомпонентной смеси аддитивны, система уравнений (12.1) обращается в систему линейных алгебраических урав­нений, вид которой будет рас­смотрен ниже при изложении сущности конкретных многопа­раметрических методов анали­за состава. Решение этой систе­мы уравнений для концентра­ции любого из определяемых компонентов имеет вид

(12.4)

где А_i и В_i — постоянный коэф­фициент и величина для i-гo компонента, определяемые рас­четным путем по значениям ко­эффициентов системы линей­ных уравнений.

Рис. 12.1. Структурная схема аналогово­го вычислительного устройства для мно­гопараметрических анализаторов соста­ва:

У — масштабирующие усилители; См — сумматоры; БПС — блоки постоянных сигналов (для задания величин В_i)

Для решения указанной сис­темы уравнений используются электронные цифровые вычис­лительные машины, микропро­цессорные системы (см. гл. 14) и аналоговые вычислительные устройства. Последние обычно строятся по схеме, приведенной на рис. 12.1, для случая анали­за трехкомпонентной смеси и обеспечивают представление информации о концентрации каждого из компонентов в виде

U_{ВЫХ і} = k_BУ с_i = k_BУ (12.5)

U_{ВЫХ і} выходной сигнал вычислительного устройства для i-гo ком­понента; k_ВУ — коэффициент преобразования вычислительного устройства.

Как видно из рис. 12.1 и выражения (12.5), обработка сигналов U₁, U₂, U₃ средств измерений, связанных со свойствами анализи­руемой смеси, сводится к их масштабированию и суммированию.

Относительная погрешность определения концентраций трех-четырехкомпонентных смесей средствами измерений, реализующи­ми многопараметрический метод, обычно составляет ±3 — 5%.

Метод различных свойств. Сущность данного метода состоит в том, что состав многокомпонентной смеси определяется путем со­вокупных измерений, базирующихся на прямых измерениях несколь­ких (в зависимости от числа компонентов) различных физико-хи­мических свойств или параметров анализируемой многокомпонент­ной смеси. Системы уравнений в случае, если используемые для измерения свойства являются аддитивными, имеет вид

U₁= K₁П_1СМ = ,

....................

U_i= K_iП_iСМ = , (12.6)

.....................

U_(n-1)= K_(n-1)П_(n-1)СМ = , ,

где К₁,..., К_i,…, К_(n-1) — коэффициенты преобразования измери­тельных устройств, используемых для прямых1 измерений свойств анализируемой смеси; П _1см,…, П_iсм, …, П_(n-1)cм — различные свойства смеси, измеряемые средствами измерений; П_1i,..., П_ii,..., П_(n-1)і — свойства і-го компонента, соответствующие выбранным для анализа свойствам анализируемой смеси и определяемые пред­варительно из справочных данных или экспериментальным путем. В частных случаях значения свойств некоторых компонентов при определенных условиях могут быть одинаковы (анализ при равных свойствах [26]). Это позволяет несколько упростить измерительную систему. Например, если для анализируемой трехкомпонентной сме­си условия анализа подобраны так, что для двух неопределяемых компонентов значения свойств равны, то анализ этой смеси может быть сведен к анализу двухкомпонентной. Для реализации послед­него достаточно провести одно измерение (см. гл. 11) вместо двух. В результате такого анализа получают информацию о концентрации определяемого и суммы неопределяемых компонентов.

Известны также применения метода различных свойств, когда значения свойств всех компонентов, кроме определяемого, равны нулю (анализ при исчезающих свойствах [26]). В этих случаях математическое описание анализа и выводы аналогичны приведен­ным в § 11.1.

Рассмотренный многопараметрический метод анализа состава многокомпонентной смеси находит применение чаще других много­параметрических методов.

Определенным эксплуатационным неудобством измерительных установок и систем, реализующих метод различных свойств, являет­ся необходимость использования в их составе различных по прин­ципам действия и конструкциям анализаторов.

Метод различных условий. Сущность данного метода состоит в том, что состав многокомпонентной смеси определяется путем сово­купных измерений, базирующихся на прямых измерениях одного и того же физико-химического свойства или параметра анализируе­мой смеси при нескольких (в зависимости от числа компонентов) условиях. Система уравнений в случае, если при всех принятых условиях выбранное свойство является аддитивным, имеет вид

U₁= K₁ (П_СМ) = ,

....................

U_i=K_i(П_СМ)_i= , (12.7)

.....................

U_(n-1)= K_(n-1) (П _СМ) _(n-1) = , ,

где K₁,...,К₂,...,K_(n-1) — коэффициенты преобразования измери­тельных устройств, используемых для прямых измерений свойства анализируемой смеси при различных условиях; (П_СМ)₁, … (П_СМ)_i, … (П_СМ)_(n-1) — одно и то же свойство анализируемой смеси при (n-1) условиях измерения; (П_і)_i — свойство і-го компонента при i-м условии, аналогичное свойству анализируемой смеси при этом же условии измерений.

Определенным преимуществом данного многопараметрического метода анализа состава по сравнению с предыдущим является одно­родность используемых автоматических анализаторов, что упроща­ет эксплуатацию измерительной установки или системы.

В последние годы разработан ряд новых автоматических анализаторов состава, реализующих метод различных условий [34] и ос­нованных на явлении диффузии. Отличительной особенностью этих анализаторов является простота создания различных условий и вы­текающая из этого простота конструкции.

На рис. 12.2, а приведена схема автоматического анализатора состава трехкомпонентных газовых смесей (состав в данном случае представлен объемными концентрациями), основанного на взаим­ной диффузии газовых потоков, протекающих непрерывно с посто­янными и одинаковыми скоростями по каналам 3 и 5, имеющим пря­моугольное сечение.

Рис. 12.2. Схемы автоматических анализаторов со­става трехкомпонентных газовых смесей, основан­ных на процессах взаимной диффузии и проница­ния через мембрану

В эти каналы с постоянными объемными рас­ходами из блока питания 1 подаются потоки газа-носителя и анализируемого газа. При этом последний предварительно разбав­ляется (в 3—5 раз) газом-носителем в постоянном соотношении. Разбавление анализируемого газа необходимо для обеспечения независимой диффузии компонентов. Потоки попадают в каналы 3 и 5 через успокоители 2, изготовленные из пористого стекла. На участке, где каналы 3 и 5 отделены друг от друга перегородкой 4, представляющей собой тонкую металлическую сетку, служащую для исключения конвекции, происходит взаимная диффузия пото­ков. Компоненты анализируемой смеси диффундируют к измери­тельным терморезисторам R_И1 и R_И2 с различными скоростями, оп­ределяемыми их коэффициентами диффузии. Поэтому в процессе диффузии происходит частичное разделение компонентов анализи­руемой смеси. В результате изменения составов газовых смесей, омывающих терморезисторы R_И1 и R_И2, а следовательно, и тепло­проводности, изменяется тепловой режим этих терморезисторов.

Терморезисторы R_И1 и R_И2 расположены вдоль канала 5 на оди­наковом расстоянии от перегородки 4. При постоянных скоростях газовых потоков в каналах такое расположение терморезисторов обеспечивает различную продолжительность диффузии к ним ком­понентов анализируемой газовой смеси, т. е. различные условия из­мерений. Сравнительные терморезисторы R_cp1 и,R_cp2 расположены в камерах 9 и всегда омываются газом-носителем. Возникающие сигналы неравновесных мостов 6 используются вычислительным устройством 7 для расчета концентраций компонентов анализируе­мой смеси. Регистрация сигналов вычислительного устройства осу­ществляется многоточечным потенциометром 8. Аналитическое устройство 10 термостатируется при температуре 45°С.

В автоматическом анализаторе состава трехкомпонентной смеси (рис. 12.2, б) используется явление проницания через мембраны 3 и 4, которые отделяют камеры 2 от камер 5. В последних располо­жены измерительные терморезисторы R_И1 и R_И2. Мембраны изготов­лены из различных материалов, например фторопласта и резины, проницание газов через которые различно и зависит от природы компонента. Так, через фторопластовые мембраны проницаемость уменьшается с увеличением молекулярной массы углеводородов, а через резиновые — увеличивается. Это позволяет создавать различ­ные условия измерения.

В процессе работы анализатора через камеру 2 непрерывно про­текает анализируемый газ, а через камеры 5 — газ-носитель. Про­ницающие через мембраны 3 и 4 компоненты попадают в поток газа-носителя и изменяют за счет своей теплопроводности тепловой режим терморезисторов R_И1 и R_И2. В остальном работа автоматиче­ского анализатора аналогична предыдущему.

Использование в рассмотренных автоматических анализаторах детекторов, селективно чувствительных к определенному классу ве­ществ, позволяет определить концентрации этих веществ в много­компонентных смесях с любым числом компонентов. Так, использо­вание термохимических озонолизных детекторов позволяет непрерывно измерять концентрацию олефинов (этилена, пропилена и бутиленов) в газовых потоках базового процесса нефтехимии — пиролиза, а применение термохимических каталитических детекто­ров (см. § 11.11) — непрерывно измерять концентрацию водорода, метана и оксида углерода в дымовых газах. Возможность варьиро­вания продолжительности диффузии в анализаторах, основанных на взаимной диффузии, материалом мембран и расходом газа-носите­ля в анализаторах, основанных на проницаемости мембраны, позво­ляет во многих случаях свести анализ состава трехкомпонентной сме­си к анализу двухкомпонентной. При этом определяется концентра­ция определяемого компонента и суммы неопределяемых.

Для сигнала неравновесного моста рассмотренных анализаторов запишем:

U_l = K_l[(Ω_l)_lc_l +(Ω₂)_lc₂ + (Ω₃)_lc₃], (12.8)

где (Ω₁)₁, (Ω₂)₁, (Ω₃)₁ — параметры, зависящие от коэффициентов диффузии (или проницаемости) компонентов и физико-химического свойства, к которому чувствителен детектор (для анализаторов, приведенных на рис. 12.2, это величина, обратная теплопроводно­сти).

Если выбрать условие анализа так, чтобы выполнялось равен­ство

(Ω₂)₁= (Ω₃)₁ = (Ω_н)₁ (12.9)

где (Ω_н)₁— параметр для неопределяемых компонентов, то вместо трех уравнений для определения концентрации определяемого ком­понента достаточно только двух:

U₁= K₁[(Ω₁)₁c₁+(Ω_н)₁c_н], (12.10)

1= с₁+с_н

где с_н = с₂ + с₃— суммарная концентрация неопределяемых компонентов.

Решение системы уравнений (12.10) относительно концентрации с₁ определяемого компонента аналогично приведенному в гл. 11.

Если рассматривать параметр Ω как некоторое свойство анали­зируемой смеси, то можно данный случай анализа отнести к преды­дущему многопараметрическому методу, реализуемому при равных значениях свойства некоторых компонентов.

Наряду с рассмотренным важным для практического примене­ния анализаторов, представленных на рис. 12.2, является частный случай, при котором один из компонентов анализируемой смеси об­ладает существенно большим коэффициентом диффузии, чем ос­тальные, и является определяемым компонентом (например, водо­род в газовых потоках процессов гидрирования, метан в природных и попутных нефтяных газах). В анализаторе, показанном на рис. 12.2, а, можно создать такую скорость газовых потоков, при кото­рой в процессе взаимной диффузии к терморезистору будет успевать диффундировать только компонент с наибольшим коэффициентом диффузии. В анализаторе, представленном на рис. 12.2, б, добиться условия поступления к терморезистору только одного определяемо­го компонента можно, используя мембрану, обладающую для этого компонента селективной проницаемостью (см. гл. 11).

Такие условия проведения анализа математически отражаются уравнением (12.8), в котором значения параметров (Ω₂)₁ и (Ω₃)₁ (в рассматриваемых случаях анализируемая смесь может состоять из любого числа компонентов) равны нулю. Тогда сигнал неравно­весного моста анализатора однозначно зависит только от концен­трации определяемого компонента:

U₁=K₁Ω₁ c₁. (12.11)

Метод преобразований. Сущность метода состоит в том, что со­став многокомпонентной смеси определяется путем совокупных измерений, базирующихся на прямих измерениях одного и того же физико-химического свойства или параметра анализируемой смеси до и после ее нескольких (в зависимости от числа компонентов) преобразований, осуществляемых с помощью химических реакций.

Преобразование анализируемой смеси сводится к превращению ее компонентов в другие химические соединения или к последова­тельному поглощению компонентов.

Анализ, осуществляемый в соответствии с первым из названных преобразований, описывается в общем случае системами уравнений (12.1) и (12.2), а в частном случае — системами (12.7) и (12.6). Измерительные установки и системы для его реализации, базирую­щиеся на проведении химических реакций, получили распростране­ние за рубежом. В нашей стране они не нашли применения из-за сложности конструкции и эксплуатации.

Анализ, осуществляемый путем последовательного поглощения компонентов (метод исключения [26]), более прост в технической реализации и применяется в отечественном приборостроении для создания средств автоматического анализа состава многокомпо­нентных жидкостей и газов.

Для анализа n-компонентной смеси рассматриваемым методом необходимо осуществить поглощение компонента (n - 1), что по­зволяет получить следующую систему уравнений:

U₀ = F₀(c₁,c₂,c₃,…,c_i,…, c_n),

U₁ = F₁(c₂,c₃,…,c_i,…, c_n),

U₂ = F₂(c₃,c₄,…,c_i,…, c_n),

.................... (12.12)

U_i = F_i(c_i+1,…, c_n),

....................

U_n-1 = F_n-1(c_n),

где U₀ — сигнал средства измерений свойства анализируемой сме­си до поглощения; U_i — сигнал средства измерений свойства ана­лизируемой смеси после і-го поглощения.

Решение системы уравнений (12.12) позволяет определить концентрации компонентов:

c₁ = ƒ₁(U₀,U₁),

c₂ = ƒ₂(U₁,U₂),

............

c_i = ƒ_i(U_i-1,U_i), (12.13)

............

c_n = ƒ_n(U_n-1).

Для наглядности рассмотрим реализацию анализа состава пу­тем последовательного поглощения на примере автоматического анализатора состава газовой смеси (рис. 12.3), в котором в каче­стве параметра прямого измерения используется объемный расход.

Рис. 12.3. Схема автоматического анализатора состава трехкомпонентных газовых смесей, ос­нованного на последовательном поглощении компонентов смеси

Анализируемый газ по­дается в анализатор через стабилизатор расхода из блока подготовки 1. По­ток этого газа проходит последовательно через пневмосопротивление 2, абсорбер 4, пневмосопро­тивление 5, абсорбер 7 и пневмосопротивление 8. Работа анализатора осу­ществляется в такой пос­ледовательности. В аб­сорберах 4 и 7 при барботаже происходит поглощение пер­вого и второго компонентов анализируемой смеси. Пневмосопротивления 2, 5 и 8 с соответствующими дифференциальными маномет­рами 3, 6 и 9.представляют собой капиллярные расходомеры (см. гл. 7). Измерение перепада давлений на пневмосопротивлениях при близких значениях вязкости компонентов анализируемой смеси по­зволяет с помощью этих устройств измерять расходы газового по­тока до и после поглощения компонентов. Сигналы капиллярных расходомеров

U₀ =K₀Q = K₀(Q₁+ Q₂+ Q₃),

U₁ =K1(Q-Q₁) = K₁(Q₂+ Q₃), (12.14)

U₂ =K₂ (Q-Q₁-Q₂) = K₃Q_3,

где К₀, К₁, К₂ — коэффициенты преобразования капиллярных рас­ходомеров; Q — общий объемный расход анализируемого газа; Q₁, Q₂, Q₃ — парциальные объемные расходы компонентов.

Учитывая, что

Q = Q₁+Q₂+Q₃ и с₁= Q₁/Q; c₂=Q₂/Q; c₃=Q₃/Q,

систему уравнений (12.14) можно представить в виде

U₀ = φ₁(c₁+c₂+c₃),

U₁ = φ₁(c₂+c₃), (12.15)

U₂ = φ₂c₃,

где

φ₀ = K₀Q; φ₁ = K₁Q; φ₂ = K₂Q;

Из решения системы находим

c₁= U₀/φ₀ – U₁/φ₁,

c₂= U₁/φ₁ – U₂/φ₂, (12.16)

c₃= U₂/φ₂.

Если коэффициенты преобразования всех капиллярных расходоме­ров одинаковы, то φ₀ = φ₁ = φ₂ = φ и выражение (12.16) упрощается:

c₁= (1/φ) (U₀/U₁),

c₂= (1/φ) (U₁/U₂), (12.17)

c₃= (1/φ) U₂.

Рассматриваемый автоматический анализатор может быть как электрическим, так и пневматическим, что определяется типом ис­пользуемых дифференциальных манометров и вычислительного устройства 10.

Если вязкости компонентов анализируемой газовой смеси раз­личны, может существенно увеличиться погрешность анализа, что связано с изменениями коэффициентов преобразования капилляр­ных расходомеров, вызванными изменениями состава смеси. Для смесей углеводородных газов существенного уменьшения погрешно­сти измерения можно добиться использованием подключения па­раллельно капиллярам (ламинарные пневмосопротивления) рав­ных по проводимости диафрагм (турбулентные пневмосопротив­ления).

§ 12.3. Хроматографические методы и средства автоматического анализа состава

Хроматография (от греч. chroma (chrdmatos) —цве т и grapho— пишу, т. е. «запись цвета» или «цветопись»)—физический метод разделения многокомпонентных смесей, при котором компоненты смеси в процессе разделения распределяются между двумя фазами, одной из которых является неподвижный слой с большой поверхностью, а другой — поток, фильтрующийся через неподвижный слой. Разделение компонентов при этом происходит за счет различия их скоростей движения через неподвижный слой, связанного с различной сорбируемостью компонентов этим слоем.

В настоящее время хроматография является наиболее универсальным методом разделения многокомпонентных смесей веществ самой различной природы (металлов, жидкостей, газов, биологических сред и т. д.). Как метод разделения хроматография находит применение в технологических процессах. Наиболее успешное ее применение связано с задачами анализа состава многокомпонентных смесей.

Явление хроматографического разделения многокомпонентных смесей было открыто в 1903 г. русским ученым-ботаником М. С. Цве­том при исследованиях состава хлорофилла. Он обнаружил воз­можность отделения с помощью адсорбентов зеленой части хлоро­филловых пигментов листьев (хлорофиллинов) от желтой (ксантофиллинов). Образовавшиеся в опытах М. С. Цвета в пробирке полосы, окрашенные в различные цвета, послужили основанием для введения термина «хроматография», который как бы ограни­чивает возможности использования этого метода для исследований окрашенных веществ. Однако М. С. Цвет высказал предположение, что хроматографический метод применим и для бесцветных веществ. Он же разработал несколько вариантов хроматографического раз­деления.

Важность работ М. С. Цвета не была осознана, она была пре­дана забвению, и лишь в 30-е годы начался новый период разви­тия хроматографии, характеризующийся созданием разнообразной аппаратуры для технологического и особенно аналитического при­менения и проникновением хроматографии во все новые области науки и техники. Трудно сейчас назвать отрасль науки и техники, где не использовалась бы хроматография. Одним из наиболее перс­пективных является применение хроматографии для контроля и управления химико-технологическими процессами нефтехимической, химической, пищевой, нефтеперерабатывающей, газоперерабатыва­ющей и других отраслей промышленности.

В настоящее время разработано большое число хроматографических методов разделения. Их реализация осуществляется путем применения различных явлений для разделения компонентов (ад­сорбция, растворение в нелетучих жидкостях, образование нераст­воримых соединений за счет химических реакций и т. д.), использо­вание различного агрегатного состояния подвижной и неподвижной фаз и разнообразных способов подачи анализируемой смеси в не­подвижную и подвижную фазы

Для автоматического анализа состава непосредственно на потоках химико-технологических процессов в настоящее время применяются хроматографические анализаторы, реализующие так называемый проявительный (элюентный) колоночный метод хроматографического анализа [27]. Сущность хроматографического метода разделения многокомпонентных смесей состоит в следующем: через колонку 1 (рис. 12.4,a),

Рис.12.4. Схема разделения трехкомпонентной смеси хроматографическим проявительным методом.

наполненную неподвижной фазой 2, непрерывно прокачивается подвижная фаза 3, которую называют веществом-носителем или элюентом.

Неподвижной фазой служит порошкообразный адсорбент или твердый носитель, покрытый жидкостью. В качестве подвижной фазы используются различные газы (газы-носители) или жидкости (жидкости-носители).

В зависимости от типа неподвижной фазы и агрегатного состояния подвижной фазы различают следующие разновидности хроматографического проявительного анализа: газо-адсорбционный (подвижная фаза — газ, неподвижная фаза — адсорбент); газо-жидкостный (подвижная фаза — газ, неподвижная фаза — твердый адсорбент, покрытый жидкостью);

жидкостно - адсорбционный (подвижная фаза — жидкость, неподвижная фаза — адсорбент); жидкостно - жидкостный (подвижная фаза — жидкость, неподвижная фаза — твердый носитель, покрытый жидкостью).

Когда подвижной фазой служит газ, разделяемая смесь вводится в колонку в газообразном состоянии, а когда подвижной фазой служит жидкость — в жидком состоянии.

Последовательность разделения многокомпонентный смеси при проявительном хроматографическом анализе можно проследить по рис. 12.4 б-д на примере разделения смеси из трех компонентов А, В и С. Проба этой смеси вводится в колонку (рис.12.4,б), через которую непрерывно прокачивается подвижная фаза (для упрощения изображения на рис. 12.4, б-д неподвижная фаза, заполняющая колонку, не показана). В колонке вследствие взаимодействия неподвижной фазы с молекулами компонентов А, В и С последние приобретают различные скорости движения, меньшие, чем скорость движения подвижной фазы.

Взаимодействие компонентов с неподвижной фазой выражается в многократном повторении процессов сорбции (адсорбции или абсорбции) молекул указанных компонентов неподвижной фазой и их десорбции потоком подвижной фазы. Если компоненты обладают различной сорбируемостью в неподвижной фазе, что определяет различие в скоростях их движения, то по мере продвижения по колонке они будут постепенно разделяться. Так, на рис.12.4, в, показано типичное разделение компонентов А, В и С, а на рис., 12.4,г видно, что при частичном разделении компонентов В и С произошло полное отделение компонента А. При соответствующем выборе длины колонки, типа неподвижной и подвижной фаз можно добиться полного разделения компонентов А, В и С (рис.12.4, д). Таким образом, при проявительном хроматографическом анализе в колонке образуются зоны бинарных смесей компонента с подвижной фазой, разделенные зонами чистой подвижной фазы. При дальнейшем перемещении образовавшихся полос подвижной фазой эти полосы последовательно выводятся из колонки.

Для явлений адсорбции (взаимодействие электрического поля твердого вещества с молекулами жидкостей и газов) и абсорбции (растворение молекул газов и жидкостей в жидкости-сорбенте) характерно то, что с увеличением молекулярной массы в пределах гомологических рядов сорбируемость веществ увеличивается. Поэтому при проявительном хроматографическом анализе во времени из колонки компоненты будут выходить в порядке возрастания молекулярных масс.

Скорость движения і-го компонента Wi по колонке описывается в первом приближении выражением

W_i = R_iW_в-н, (12.18)

где R_i- — коэффициент удерживания, определяемый как доля от общего количества (i-го компонента, находящаяся в подвижной фазе; W_B-H — скорость вещества-носителя.

Коэффициент R_і зависит от природы компонента, неподвижной и подвижной фаз, молекулярной массы компонента, температуры и давления колонки. Он характеризует сорбируемость компонента на данной неподвижной фазе.

Время движения компонента по хроматографической колонке принято называть временем удерживания. Приближенное время удерживания некоторого і-го компонента

τ_i = L/W_i, (12.19)

где L — длина хроматографической колонки.

При движении компонентов разделяемой смеси по хроматографической колонке одновременно с процессом его разделения происходит диффузия молекул компонентов. Она протекает как в подвижной фазе, так и на поверхности неподвижной фазы. Это явление вызывает размывание полос отдельных компонентов. Причем на выходе колонки концентрация молекул каждого из компонентов в подвижной фазе обычно оказывается распределенной по закону, близкому к нормальному (см.рис.1.8,а).

В хроматографических анализаторах в общем случае процесс разделения многокомпонентной смеси сочетается с каким-либо процессом измерения количества разделенных компонентов.

Таким образом, принцип действия хроматографических автоматических анализаторов состоит в разделении пробы многокомпонентной анализируемой смеси проявительным хроматографическим методом и в непрерывном измерении какого-либо физико-химического свойства потока, выходящего из хроматографической колонки.

Измерение физико-химического свойства потока, вытекающего из хроматографической колонки, позволяет, как будет показано, определять количества отдельных компонентов и их концентрации в многокомпонентной анализируемой смеси.

В зависимости от агрегатного состояния подвижной фазы хро-матографические анализаторы (хроматографы) разделяют на газовые (подвижная фаза— газ) и жидкостные (подвижная фаза —жидкость).

Автоматические газовые хроматографические анализаторы. На рис. 12.5 показана функциональная схема автоматического газового хроматографа, который способен осуществлять анализ газообразных и жидких многокомпонентных смесей путем разделений их газо-адсорбционным или газо-жидкостным хроматографическим проявительным методом (см. выше).

Рис. 12.5. Схема автоматического газового хроматографического анализатора

Основными блоками автоматического газового хроматографа являются: блок подготовки газов и анализируемого вещества1, аналитическое устройство 5, масштабирующий измерительный преобразователь 8 сигнала детектора, устройство обработки измерительной информации 9, самопишущий прибор 10 и устройство управления 12.

Блок подготовки 1 содержит узел очистки и стабилизации параметров (обычно давления и расхода) газо-носителя 2, аналогичные узлы для анализируемого вещества 3 и вспомогательного газа (газов) 4.

В аналитическом устройстве 5, температура которого автоматически стабилизируется, размещаются дозатор газа или жидкости 14, испаритель 15, хроматографическая колонка 6, дифференциальный детектор 7(детектором в хроматографе называют первичный преобразователь, на который воздействует физико-химическое свойство потока газов), змеевики 13 для стабилизации температуры потоков газа-носителя, трубка 11, вместо которой иногда используется сравнительная (или дополнительная) хроматографическая колонка.

Управляющее устройство 12 осуществляет согласование во времени работы всех блоков хроматографа (на упрощенном рис. 12.5) связи этого устройства с остальными блоками хроматографа не по­казаны), а также автоматическое регулирование температуры аналитического устройства.

Блок подготовки и аналитическое устройство располагаются обычно около точки отбора анализируемого вещества, а остальные блоки размещаются в операторной. Автоматический газовый хроматографический анализатор является устройством циклического дей­ствия и имеет два режима работы «Подготовка» и «Анализ».

В обоих режимах к аналитическому устройству из блока подго­товки непрерывно подводятся газ-носитель, анализируемое вещест­во и вспомогательный газ (этот газ бывает необходим для обеспе­чения работы некоторых типов детекторов. В режиме «Подготов­ка» через дозатор 14, испаритель 15 и хроматографическую колонку 6 и трубку 11 прокачивается газ-носитель. При этом дозатор 14 по сигналу устройства управления 12 переключен в режим отбора про­бы анализируемого вещества. Режим «Подготовка» обычно длится 1—2 мин, затем по сигналу устройства управления 12 дозатор 14 переключается в положение, соответствующее режиму работы хро­матографа «Анализ». При этом переключении происходит отбор пробы анализируемого вещества. Отобранная проба, всегда посто­янная по объему, транспортируется газом-носителем к хроматографической колонке 6. Если анализируемое вещество является жид­ким, то оно испаряется в испарителе 15, а затем поступает в хрома­тографическую колонку, где происходит разделение анализируемого многокомпонентного вещества на компоненты, которые поочередно потоком газа-носителя вымываются из колонки и транспортируются в измерительную камеру дифференциального детектора. В сравни­тельную камеру этого детектора все время поступает поток газа-но­сителя по трубке 11. Детектор непрерывно измеряет какое-либо физико-химическое свойство потока. При протекании через измери­тельную и сравнительную камеры детектора газа-носителя на вы­ходе его формируется (рис. 12.6, а) некоторое начальное значение сигнала U₀ (с помощью корректирующих устройств это значение автоматически устанавливается равным нулю). При поступлении в измерительную камеру детектора компонента, имеющего физико-химическое свойство, отличное от физико-химического свойства га­за-носителя, сигнал детектора изменяется в зависимости от кон­центрации этого компонента в газе-носителе и его физико-химиче­ского свойства (рис. 12.6, а). В каждый момент времени изменение сигнала ΔU_i(τ) любого дифференциального детектора описывается выражением [22]:

ΔU_i(τ) = U_i(τ) – U₀ = k_П(П_i –П_г-н) α_i (τ) (12.20)

где U_i(τ) — текущее значение сигнала детектора; k_П — коэффици­ент преобразования детектора по физико-химическому свойству; П_i и П_г-н — физико-химическое свойство или комбинация свойств 1-го компонента и газа-носителя, к которому чувствителен детектор.

Изменение сигнала детектора во времени при выходе из хромаографической колонки каждого из компонентов имеет форму пика, близкую к форме кривой нормального распределения.

Последовательность сигналов детектора на 1, 2,..., i,..., n компо­ненты образует так называемую хроматограмму (рис. 12.6, а), ко­торая обычно регистрируется на диаграммной ленте самопишущего прибора.

Рис. 12.6. Хроматограмма (а) и выходной сигнал автоматического хроматографического анализатора (б)

Каждому компоненту при постоянных условиях работы анализа­тора (постоянный расход и давление газа-носителя, температура аналитического устройства и др.) соответствует вполне определен­ное время удерживания τ_i, значение которого предварительно опре­деляется при настройке автоматического хроматографического ана­лизатора.

Для определения концентрации любого компонента в анализиру­емой смеси используется информация о максимальном изменении ΔU_i^max значения сигнала (высота пика) или площади сигнала S_i этого компонента (рис. 12.6, а), которые, как будет показано ниже, однозначно определяются концентрацией компонентов в анализи­руемой многокомпонентной смеси. Сигнал детектора поступает на вход измерительного преобразователя 8, который формирует на сво­ем выходе унифицированный сигнал (электрический или пневма­тический), пропорциональный сигналу детектора. Вычислительное устройство 9 осуществляет определение высоты ΔU_i^max или пло­щади S_i пика (в зависимости от конструкции устройства) и запо­минает определенные значения на один цикл работы хроматогра­фического анализатора. Поэтому выходной сигнал U_ВУ вычисли­тельного устройства изменяется ступенчато (рис. 12.6, б]. Этот сигнал поступает на выход анализатора и регистрируется в виде ступенчатой кривой (для одного из компонентов) самопишущим прибором 10.

После того как хроматографическую колонку покинет послед­ний из компонентов анализируемой смеси, цикл работы хроматографического анализатора заканчивается. По сигналам устройства управления 12 он опять переводится в режим работы «Подготов­ка». В последующих циклах все рассмотренные операции повто­ряются.

В зависимости от назначения автоматического хроматографического анализатора в нем могут использоваться различные по конст­рукции колонки, дозаторы и детекторы.

Колонки. Наиболее распространенные конструкции хроматогра­фических колонок показаны на рис. 12.7. Они бывают прямыми (рис. 12.7, а), U-образными (рис. 12.7, б), U-образными, специаль­ными (рис. 12.7, в) и спиральны­ми (рис. 12.7, г). Колонки представляют собой трубки из нержавеющей стали, меди или стекла внутренним диаметром 2—6 мм и длиной 0,5—20 м. Форму колонок выбирают из конструктивных со­ображений компактности, удоб­ства монтажа или замены и т.д.

Рис. 12.7. Конструкции хроматографических колонок

В качестве неподвижной фазы в хроматографических колонках газовых хроматографов использу­ются адсорбенты: активирован­ный уголь, молекулярные сита (искусственные цеолиты), силика-гель (оксид кремния), алюмогель (оксид алюминия) и ряд других, или абсорбенты — высококипящие углеводороды (специальные жидкости), нанесенные на поверхность малоактивного адсорбента (носителя). Адсорбенты или носители имеют форму гранул со средним диаметром 0,1—0,5 мм.

Дозаторы. В современных промышленных автоматических хро­матографах находят применение в основном дозаторы золотниково­го типа (рис. 12.8). Такие дозаторы состоят из неподвижных метал­лических пластин 3 и 5 и подвижной пластины (золотника) 4, изготовленной из специального материала (фторопласта, смеси фторопласта с ситаллом, смеси фторопласта с углеродом и др.). Перемещение подвижной пластины 4 осуществляется с помощью мембранного привода 1, соединенного с подвижной пластиной што­ком 2. Мембранный привод управляется пневматическими сигнала­ми Р₁ и P₂. Последние поступают от электропневматических преоб­разователей, которые в свою очередь получают электрические сиг­налы от устройства управления 12 (см. рис. 12.5). С помощью привода пластине 4 придается два возможных положения в зависи­мости от значений давлений Р₁ и Р₂. На рис. 12.8 подвижные плас­тины дозаторов находятся в крайнем правом положении. В этом положении дозируемый объем анализируемого вещества потоком газа-носителя выдавливается в колонку. Такое состояние дозатора соответствует режиму работы хроматографа «Анализ». В крайнем левом положении пластины 4 дозируемый объем 6 промывается потоком анализируемого вещества. Такое состояние дозатора соот­ветствует режиму работы хроматографа «Подготовка».

Рис. 12.8. Конструкция автоматических до­заторов хроматографических анализаторов

Дозатор, представленный на рис. 12.8, а, применяется обычно для дозирования жидких анализируемых веществ, до­затор, представленный на рис. 12.8,в,— для дозирова­ния газообразных веществ. Последний снабжается съем­ным дозируемым объемом 6, что позволяет изменять объ­ем пробы анализируемого вещества. Дозатор, представ­ленный на рис. 12.8, б, мо­жет использоваться для до­зирования жидкостей и ма­лых объемов газов. Рассмот­ренный дозатор обеспечива­ет дозирование объемов от 10^-3 до 10 см³.

Детекторы. В качестве де­текторов газовых хромато­графов могут быть в принци­пе использованы чувстви­тельные элементы или пер­вичные измерительные пре­образователи практически всех анализаторов физико-химических свойств и кон­центраций газов, рассмот­ренных в гл. 10 и 11. При ис­пользовании их в хромато­графе анализируемым газом служит газовый поток, выходящий из хроматографической колонки.

В современных автоматических хроматографических анализато­рах для химико-технологических процессов используются следую­щие детекторы: термокондуктометрический (см. рис. 11.1), пламен­ный ионизационный (см. рис. 11.25, а), ионизационный аргоновый (см. рис. 11.10, а). При анализе полного состава многокомпонент­ных смесей находят применение так называемые равночувствительные детекторы [22].

Интерпретация информации. Результатом хроматографического анализа является хроматограмма (см. рис. 12.6), но которой в за­висимости от решаемой задачи определяют либо концентрации всех компонентов смеси, либо концентрацию одного или нескольких ключевых компонентов.

Определение концентрации ключевых компонентов осуществля­ют по высоте или площади пиков исходя из следующих положений. В соответствии с моделью сигнала (12.20) дифференциального де­тектора для высоты ΔU_i^max и площади S_i пика i-го компонента имеем:

, (12.21)

S_i = = (12.22)

где α_i^max— максимальное значение концентрации i-го компонента в его полосе, выходящей из хроматографической колонки; τ_i' и τ_i" — моменты времени, соответствующие началу и окончанию выхода полосы i-го компонента из хроматографической колонки (см. рис. 12.6, а). При постоянных условиях работы анализатора интеграл однозначно связан с объемом V_i в паровой фазе і-го компонента, проходящего через детектор:

= а_υV_i, (12.23)

где а_υ— постоянный коэффициент, обратно пропорциональный объемному расходу газа-носителя.

Величины α_i^max и V_i; при постоянном значении вводимой на анализ пробы анализируемого вещества однозначно связаны с концентрацией i-го компонента в анализируемой многокомпонент­ной смеси:

α_i^max = k_α c_i, (12.24)

V_i= k_υ c_i, (12.25)

где k_α и k_υ — постоянные коэффициенты; c_i — объемная концентра­ция i-го компонента в анализируемой смеси, определенная в газо­вой фазе.

Используя выражения (12.21), (12.24) и (12.22), (12.23) и (12.25), находим

k_Uc_i (12.26)

S_i =k_Sc_i, (12.27)

где k_U = k_Пk_α(П_i - П_Г-Н); k_S = k_Пa_υk_υ(П_i - П_Г-Н) —постоянные для i-го компонента при выбранных условиях работы анализатора коэффи­циенты.

Для каждого компонента в общем случае коэффициенты k_U и k_S определяются при градуировке хроматографического анализатора.

Рассмотренная интерпретация информации применяется при анализе газовых смесей.

При измерении газовым автоматическим хроматографом кон­центрации одного или нескольких ключевых компонентов в жидком анализируемом веществе из-за изменения плотности последнего размерность концентраций для удобства эксплуатации и градуиров­ки целесообразно иметь следующей:

ед. массы определяемого компонента

ед. объема анализируемой смеси

Только при такой размерности концентрации коэффициенты в выра­жениях (12.26) и (12.27) будут постоянны.

Интерпретация информации при анализе полного состава много­компонентной смеси обычно осуществляется по площадям пиков и базируется на использовании закона Амага:

V_СМ = (12.28)

где V_CМ — объем смеси газов или паров (в данном случае это объ­ем пробы анализируемого вещества в газообразном состоянии при некоторых постоянных условиях, например при нормальных). Объемная концентрация в газовой фазе любого компонента

c_i = V_i/V_СМ = V_i/ (12.29)

Используя выражения (12.22), (12.23) и (12.29), получим

c_i = (12,30)

В практике выражению (12.30) придают вид

c_i = (12.31)

где k_i — коэффициент относительной чувствительности детектора к і-му компоненту (поправочный коэффициент), учитывающий индивидуальное значение физико-химического свойства П_i- этого компо­нента.

Коэффициенты k_i предварительно определяют расчетным или экспериментальным путем, что является сложной и трудоемкой про­цедурой. Поэтому при анализе полного состава газовых смесей в промышленных хроматографах целесообразно применять равночувствительные детекторы. Для этих детекторов все коэффициенты k_i одинаковы и равны 1. Использование равночувствительных детек­торов, которыми могут служить устройства, показанные на рис. 11.2, а; 11.3 [22], позволяет исключить указанные трудоемкие опе­рации, а расчет концентраций осуществлять по формуле

c_i = . (12.32)

Значения концентраций с_i- могут быть определены по формулам (12.31) и (12.32) как при анализе состава газовых, так и жидких смесей. Причем при известных значениях плотностей паров компо­нентов жидкой смеси концентрации могут быть пересчитаны в мас­совые:

c_mi = (12.33)

где ρ_i — плотность паров i-гo компонента в нормальных условиях.

В настоящее время газовые хроматографы являются наиболее распространенным средством автоматического анализа состава га­зообразных и жидких многокомпонентных смесей. Время одного цикла работы хроматографа составляет от нескольких минут до од­ного часа и зависит от решаемой задачи. Относительная погреш­ность измерения концентрации каждого из компонентов составляет ±(2—5)%. Диапазон измерений концентрации от 10^-5 – 10^-2 до 100% (в зависимости от типа детектора). Температура аналитиче­ского устройства может стабилизироваться в диапазоне 40—300°С.

Автоматические жидкостные хроматографические анализаторы. Эти средства аналитической техники только начинают внедряться в практику автоматического контроля состава жидких сред на хи­мико-технологических процессах.

Использование жидкостной хроматографии для анализа соста­ва жидких многокомпонентных веществ имеет ряд преимуществ по сравнению с газовой при решении аналитических задач. Наибо­лее важные из них — отсутствие необходимости нагревания основ­ных узлов хроматографа до высоких температур с целью предот­вращения конденсации паров анализируемой жидкости; отсутствие деструкции высокомолекулярных жидких веществ; во многих случаях большая скорость анализа и эффективность разделения.

Схема автоматического жидкостного хроматографического ана­лизатора показана на рис. 12.9. Функции основных блоков и узлов жидкостного хроматографа аналогичны функциям соответствующих блоков и узлов газового хроматографа (см. рис. 12.5). Отличие со­стоит в том, что в жидкостном хроматографе отсутствует испари­тель жидкой пробы, а блок подготовки 1 анализируемого вещества и жидкости-носителя содержит: резервуар 2 для жидкости-носите­ля, насос 3 для подачи жидкости-носителя и узел 4 стабилизации параметров анализируе­мого вещества.

Рис. 12.9. Схема автоматического жидкостного хроматографического анализатора

Последовательность работы жидкостного хро­матографа идентична по­следовательности работы газового хроматографа. Аналогична работа всех остальных блоков и эле­ментов, которые, начиная с поз. 5, имеют такую же нумерацию, как и на рис. 12.5.

В этих хроматографах обычно используются до­заторы золотникового ти­па и прямые колонки длиной до 1 м, запол­ненные сорбентом со средним диаметром фрак­ций 5—50 мкм. В качестве детекторов в жидкостных хроматогра­фах чаще других используют детекторы, основанные на поглоще­нии электромагнитного излучения в ультрафиолетовой области (185—2500 нм) и рефрактометрические детекторы. По принципу действия они аналогичны ультрафиолетовым адсорбционным ана­лизаторам (см. гл. 11) и рефрактометрам (см. гл. 10). Отличие де­текторов от названных анализаторов состоит в том, что кюветы де­текторов имеют обычно меньший объем, который не превышает

10^-2 см³.

В некоторых случаях в жидкостных хроматографах используют­ся кондуктометрические, диэлькометрические детекторы, детекторы теплоты сорбции. Принципы действия этих устройств аналогичны принципам работы соответствующих анализаторов (см. гл. 11).

Важной частью жидкостных хроматографов является узел пода­чи жидкости-носителя (растворителя). Ввиду того что колонки жид­костных хроматографов для увеличения эффективности разделения и скорости анализа заполняются очень мелкой фракцией сорбента, для прокачки жидкости-носителя через колонку необходимо созда­вать высокое давление 10—30 МПа (100—300 кгс/см²). Для этого используются миниатюрные плунжерные, диафрагменные, ротаци­онные и другие насосы. Для сглаживания пульсаций, возникающих при подаче жидкости-носителя насосом, применяют поршневые или гидродинамические демпферы, по принципу действия аналогичные применяемым для промышленных насосов.

Метрологические характеристики жидкостных хроматографических анализаторов близки к приведенным выше характеристикам газовых хроматографов.

Устройства обработки измерительной информации для хромато-графических анализаторов. При использовании автоматического хроматографического анализатора для анализа полного состава га­зообразных и жидких многокомпонентных смесей обработка инфор­мации обычно осуществляется с помощью средств цифровой вычис­лительной техники, подключаемых к хроматографу через устройст­ва сопряжения. В случае применения хроматографа для измерения концентрации ключевого компонента (компонентов) хроматограф снабжают аналоговым вычислительным устройством, которое опре­деляет высоту пика этого компонента. Как показано выше, эта вы­сота несет информацию о концентрации компонента в анализируе­мой смеси. Названные вычислительные устройства реализуются на аналоговых элементах электронной техники или пневмоавтоматики. При этом как электронные, так и пневматические вычислительные устройства строятся по одним и тем же принципиальным схемам (рис. 12.10). В автоматических хроматографических анализаторах (см. рис. 12.5 и 12.9) сигнал детектора измерительным преобразо­вателем 8 преобразуется в уни­фицированный электрический или пневматический сигнал (в случае преобразования в пнев­матический сигнал дополни­тельно используется электро­пневматический преобразова­тель). Этот сигнал С_ВХ являет­ся входным для аналогового вычислительного устройства.

<