Виды контрольно-измерительных электрохимических приборов и оборудования для лабораторий

Процесс анализа в лаборатории в большинстве случаев стал аппаратным. Приборы стали делиться на портативные и стационарные, значительно расширили возможности и ускорили все методы исследования. С одной стороны, это значительно упростило получение результатов, с другой, усложнило выбор самих приборов. Но все-таки, легче потратить время на поиск качественного и эргономичного прибора, чем проводить pH-метрию или другой лабораторный процесс на устаревшем устройстве или тем более вручную, согласны? В данной статье мы попробуем вам помочь разобраться в ассортименте современных pH-метров, иономеров, оксиметров, мультиметров и др. устройств, облегчающих процедуру контроля качества воды и водных растворов.

pH-метры

Приборы для быстрого измерения уровня концентрации ионов водорода в жидкостях широко востребованы в каждой современной лаборатории. Они используются для определения активности ионов водорода в воде и в водных растворах. Без них невозможно обойтись в пищевой и сырьевой промышленности, при изучении объектов окружающей среды, в производственных системах, обеспечивающих непрерывный контроль технологических процессов, в том числе и происходящих в агрессивных средах. От области применения приборов зависят и требования к ним, например, тип рабочего электрода. Модели отличаются друг от друга и типом конструкции, и специализацией, и многими другими параметрами.

Функционирование ph метра основано на измерении ЭДС электродной системы. Данная величина прямо пропорциональна активности водородных ионов в растворе, то есть pH, или водородному показателю. Измерительная схема данного устройства является, по сути, вольтметром, проградуированным в единицах pH для какой-либо конкретной электродной системы (чаще всего измерительный электрод изготовлен из стекла, а вспомогательный — хлорсеребряный). Основным требованием к входной схеме прибора можно назвать высокое входное сопротивление — входной ток не более 10−10А (а у хороших аппаратов менее 10−12А). Это обеспечивает то, что между входами создается сопротивление изоляции не менее 10-11Ом (обусловлено высоким внутренним сопротивлением зонда, которым является стеклянный электрод). Изначально электродвижущая сила измерялась компенсационным методом, для чего использовался потенциометр и чувствительный гальванометр. Равновесие схемы означало отсутствие тока в гальванометре и нагрузки на электроды (по шкале потенциометра отсчитывается ЭДС). Метод с баллистическим гальванометром мало отличался от предыдущего: от электродов заряжался конденсатор и разряжался на рамку гальванометра. Заряд конденсатора влияет на степень отклонения рамки.

Со временем появились приборы, имеющие входные усилители на электронных лампах. У таких «электрометрических» ламп имеется ток утечки сетки (порядка пикоампер), позволяющий получать большое входное сопротивление. Недостаток схемы — большой дрейф, уход калибровки в результате достаточно быстрого старения и изменения характеристик лампы. Для коррекции были разработаны компенсационные схемы с усилителем, работающие по типу «модулятор — демодулятор». Специальный вибропреобразователь (механический ключ) поочередно соединяет конденсатор с входом и цепью обратной связи. В случае различия напряжения на них через конденсатор протекает переменный ток, создающий переменное напряжение на сеточном резисторе входной лампы. Усиливающаяся несколькими каскадами пульсация поступает на фазочувствительный демодулятор и на выходе получается напряжение, пропорциональное разности на входе. Цепь обратной связи (резистивный делитель) задает общий коэффициент усиления, стремясь поддерживать на входе усилителя нулевую разность напряжений. Эта схема почти не зависит от степени износа ламп, можно использовать массовые приёмно-усилительные лампы. В еще более поздних модификациях вместо контактного преобразователя использовался динамический конденсатор, а затем лампы сменились полевыми транзисторами. В настоящее время прецизионно-операционные усилители с входом на полевых МОП-транзисторах полностью удовлетворяют требованиям по входному сопротивлению.

Второй проблемой для ЭДС электродной системы считается ее сильная зависимость от температуры, поэтому важна схема ее термокомпенсации. Вначале с этой целью использовались медные термометры сопротивления, которые включались в мостовые схемы обратной связи либо потенциометры со шкалой в градусах (ручкой потенциомера устанавливалась температура, измеренная ртутным термометром). Такие схемы были сложны в настройке и калибровке, в современных моделях датчик температуры функционирует на отдельном аналого-цифровом преобразователе, а необходимые корректировки вносит микроконтроллер.

Измерительные электроды в современных приборах конструктивно бывают либо со встроенным контрольным электродом, либо с отдельно выполненным. Кроме того, они могут быть перезаряжаемые и неперезаряжаемые. Основным недостатком любых современных электродов является накопление микротрещин в стекле и загрязнение микропор. Помогает от этого очистка соляной кислотой, но со временем показания датчика все равно необратимо изменяются. Выход из ситуации — использование высококлассных датчиков и своевременная замена стеклянной (мембранной) части или датчика целиком.

Другое электрохимическое оборудование

Кроме pH-метров для контроля качества воды существует целый ряд других приборов. Одним из них является иономер — прибор для проведения ионометрического, или потенциометрического анализа. Современный иономер — это сверхточный измерительный прибор с различным количеством используемых измерительных каналов (от одного до четырех) и различными диапазонами измерения (стандартом считается: плюс-минус 3200 либо 4000 мВ). К данным приборам предъявляются разные требования к точности в зависимости от того, к какому классу принадлежит устройство: прецизионный иономер должен обладать высокой точностью, а для стандартного достаточно средней. Выпускаются как портативные, так и стационарные иономеры. Приборы должны соответствовать требованиям, установленным для устройств, предназначенных для измерения рН, а также требованиям к ионоселективным электродам. Объектами исследования иономера являются питьевые, природные, а также сточные воды. Часто приборы задействуют в анализе различных водных растворов проб твердых веществ, например, проб почв, растительной, пищевой, косметической и другой продукции.

Следующим важным прибором является устройство, определяющее уровень растворенного кислорода в жидкой исследуемой среде — кислородомер, или оксиметр. В зависимости от того, где будет проводиться исследование, приобретается стационарный или портативный прибор. Современный стационарный кислородомер — это устройство, предназначенное, в основном, для проведения непрерывных автоматизированных анализов растворенного в водных средах кислорода и температур по двум каналам и последующей отправкой полученной информации посредством токового унифицированного выхода и/или интерфейсов RS-232/RS-484.

В использовании анализаторов кислорода в воде заинтересованы очень многие области науки и промышленности: рыбная и пищевая промышленность, аквариумистика, медицина и фармацевтика, биология, химическая, нефтехимическая промышленность, черная/цветная металлургия, природоохранная деятельность, теплоэнергетика.

Оксиметры отличаются друг от друга точностью и скоростью измерений, качеством жидкокристаллического экрана и другими параметрами. При выборе кислородомера следует отдавать предпочтение приборам, изготовленным солидными фирмами.

Для измерений удельной электропроводности различных электролитов и сред используются кондуктометры. Они нужны для определения кислот, оснований и растворов солей в водных и не водных системах, а также коллоидах и расплавах. Основой функционирования кондуктометра является наличие прямой зависимости электрической проводимости веществ от их химического состава. Базовым критерием выбора кондуктометра является точность исследований (прибор с дискретностью 1 смСи/см считается точным). Кроме того, при покупке необходимо обратить внимание на уровень термокомпенсации, потому что температура оказывает ощутимое влияние на удельную электропроводность исследуемых растворов. По уровню термической компенсации все кондуктомеры можно поделить на три группы: без термокомпенсации, с термокомпенсацией в 2% на градус и с произвольно выбираемым термическим коэффициентом.

Для определения взвешенных частиц в водных растворах используются нефелометры (от др.-греч. νεφ?λη — «облако» и μετρ?ω — «измеряю»). В русскоязычной литературе можно встретить названия " мутномер " и «нефелометр» и даже «анализатор взвешенных частиц». С формальной точки зрения принято считать, что турбидиметр, это анализатор мутности, использующий фотометрический принцип и определяющий поглощение в слое анализируемого вещества при условии, что источник излучения и детектор расположены на одной оси.

В современной аналитической практике величина мутности является достаточного важным интегральным показателем и наиболее широкое применение находит в водоподготовке, водоочистке, в пищевом и химическом производстве. Развитие этого метода анализа происходило параллельно во многих направлениях, что объясняется как разносторонней природой самого явления, так и большим разнообразием национальных и отраслевых стандартов, которые, зачастую, являются узкоспециализированными и ориентированными на конкретную технологию.

Это привело к появлению очень большого количество различных единиц измерения мутности и сейчас основная проблема при выборе необходимого анализатора мутности заключается в понимании того, отвечает ли его конструкция и используемая шкала измерения поставленной аналитической задаче.

В нефелометрах для определения мутности используется принцип светорассеяния, определяемого под углом 90° к источнику. Поскольку в конструкции большинства современных анализаторов мутности применяются детекторы как на проходящее, так и на рассеянное под различными углами к источнику излучение, а сами производители довольно свободно оперируют всеми тремя терминами, для наименования анализаторов мутности используют наиболее общий термин «мутномер».

ОВП метр (ORP метр) измеряет окислительно-восстановительный потенциал. ОВП или ORP (от англ. redox (потенциал) — reduction-oxidation reaction) — это уровень способности химических веществ восстанавливаться, то есть присоединять электроны.

С помощью ОВП (ORP) метра можно измерить окислительно-восстановительный потенциал в водоемах и бассейнах, аквариумах, и даже ОВП почвы. С точки зрения водоподготовки можно проводить измерения ОВП жидкостей: воды и слабых водных растворов, кислот, щелочей, солей.

Окислительно-восстановительный потенциал определяют электрохимическим методом с использованием стеклянного электрода, например ОВП (ORP) метра с red-ox, и выражают в милливольтах (мВ) относительно стандартного водородного электрода в стандартных условиях. В природных условиях значение ОВП (Eh) воды находится в пределах от — 400 до + 700 мВ. Окислительно-восстановительный потенциал взаимосвязан с уровнем кислотности (рН) и зависит от температуры среды.

Прибор для измерения концентрации растворенных в воде солей называется солемером или TDS-метром (TDS от «total dissolved solids» — общее содержание растворенных твердых веществ). Принцип действия солемера достаточно прост и основан на прямой зависимости электропроводности раствора (силы тока между электродами прибора) от количества растворенных в воде соединений.

Для того чтобы определить концентрацию в воде солей, достаточно налить ее в небольшую емкость и опустить электроды прибора в воду. После этого на жидкокристаллическом экране солемер выведет результат в миллиграммах на литр (ppm). Солемеры имеют заводскую калибровку, для дополнительной калибровки имеются специальные калибровочные растворы. Солемеры хорошего качества при правильном уходе не требуют частого проведения этой процедуры. Чтобы TDS-метр прослужил долго, он должен быть сертифицирован и иметь гарантию.

Кроме обычных однопараметровых приборов в лабораториях и на производствах все чаще стали использоваться лабораторные мультиметры — устройства, имеющие несколько входов, позволяющих одновременно исследовать и рН, и ОВП, и ISE, и электропроводность, и содержание растворенного кислорода. Приборы отличаются друг от друга набором совместимых с устройством электродов, объемом встроенной памяти, качеством дисплея. Благодаря универсальности мультиметры идеально подходят для исследований не только в лабораторных, но и в полевых условиях.

Основные производители рH-метров и других приборов

рH-метры производятся многими отечественными и зарубежными фирмами. В ООО ТД «Лабораторное оснащение» вы можете купить рH-метры практически всех основных производителей этих приборов. Лидируют в списке, конечно, немецкие компании. Во-первых, стоит сказать несколько слов о Hanna Instruments. Компания постоянно расширяет ассортимент продукции, разрабатывает новые виды оборудования и совершенствует уже имеющиеся. Своим клиентам она предлагает приборы самого разного уровня: от карманных или портативных до стационарных устройств, создающихся для контроля за технологическими процессами. Приборы фирмы HANNA внесены в Государственный реестр средств измерений. Немаловажно, что в России есть большой склад готовой продукции фирмы. Это значит, что любое заказанное оборудование может быть получено в кратчайшие сроки и доставлено в любой регион России.

Другими немецкими компаниями, о которых надо знать людям, выбирающим, которые выбирают среди данного оборудования, являются pH метр PCE (Мешед, регион Нижний Рейн — Вестфалия), которая является общепризнанным во всем мире и отвечает самым жестким требованиям европейских стандартов качества, концерн Testo AG (глобально известный изготовитель портативного измерительного оборудования, действующий на рынке электронного измерительного оборудования в течении более 50 лет), а так же фирма WTW (Wissenschaftlich-Technische-Werkstätten), в течение уже семидесяти лет предлагающая высококлассное оборудование для контроля качества воды и специализируется на изготовлении промышленного оборудования, электрохимических приборов, которые позволяют выполнить точные измерения как в полевых, так и в лабораторных условиях.

Известны своей точностью и надежностью и pH-метры компании OHAUS. Основана фирма в 1907 году инженерами-механиками немецкого происхождения отцом и сыном Охаус в штате Нью-Джерси, США. За более чем столетний период своего существования фирма неоднократно доказывала, что она является мировым лидером в производстве точного лабораторного оборудования. В настоящее время часть ее заводов находится в Европе (Германия, Швейцария) и этот факт также свидетельствует о высоком качестве товаров. Несомненными плюсами приборов OHAUS являются изготовление их из высококлассных материалов, продуманный эргономичный дизайн и особенно удобный интерфейс.

Приборы сертифицированы в России. Все карманные измерители соответствуют требованиям стандартов ЕС и части 15 правил FCC по уровням излучений для оборудования класса B. Эти нормы обеспечивают целесообразный уровень защиты от помех при эксплуатации оборудования в производственных условиях.

Существует достаточно много российских компаний, которые также выпускают аппараты сделанные на высоком технологическом уровне. Например, pH-метры новосибирского научно-производственного предприятия «Инфраспак-Аналит» практически ничем не уступают по точности зарубежным. Компания выпускает приборы, известные под торговой маркой «АНИОН». В основе функционирования приборов АНИОН лежат три основных метода электрохимического анализа: кондуктометрический, потенциометрический и амперометрический. Приборы АНИОН могут быть однопараметровыми (в них возможен анализ одним из методов) и комбинированными (имеющими сразу несколько измерительных каналов для многокомпонентного анализа).

К однопараметровым приборам относятся pH-метры, кондуктометры, иономеры и кислородомеры. А к комбинированным различные виды их сочетаний (Иономер/кондуктометр/кислородомер и др.).

К не менее известным по качеству своей продукции российским компаниям можно отнести ЗАО «НПП «Автоматика», НПП «Взор», научно-производственное объединение «Измерительная техника ИТ». А если говорить о странах ближнего зарубежья, то нельзя обойти вниманием белорусский ОАО «Гомельский завод измерительных приборов».

Наша компания продает только сертифицированные товары и цены у нас ниже, чем в целом по России, поэтому если вам нужен прибор для контроля качество воды, то его стоит купить у нас. Кстати, у нас очень широкий ассортимент! Звоните.

---

Бренды по теме

Testo SE & Co Hanna Instruments WTW OHAUS Corporation