Анализаторы содержания растворенного водорода. Отличие от pH-метров.
Водород – (H) – первый элемент периодической таблицы химических элементов Д.И. Менделеева. Название Hydrogenium – можно перевести с греческого как «порождающий воду». Водород – самый распространенный на Земле элемент, на его долю приходится около 88,6 % всех атомов, однако в чистом виде встречается редко, чаще в различных соединениях. Простое вещество водород (H2) – это легкий бесцветный газ. В смеси с кислородом или воздухом горюч и даже взрывоопасен.
Так для чего же необходимо измерять концентрацию водорода?
Всё очень просто! Поскольку водород редко существует в качестве простого вещества, но образует различные соединения, то можно смело говорить о том, что от количества водорода зависит минерализация воды и её кислотность.
Измерять водород в воде можно при помощи аналитических приборов: pH-метра и анализатора водорода, а также методом титрования. Однако титрование подходит только для лабораторных условий, и малоприменимо для промышленного применения.
Отличие pH-метра от анализатора состоит в том, что pH-метр – это прибор для определения кислотности (рисунок 1), причем уровень pH – это мера активности ионов водорода, а анализатор способен измерять массовую концентрацию растворенного водорода в водных растворах в мкг/дм 3 или мг/дм 3 , и других смежных показателей.
Рисунок 1. pH-метр pH-150ма
pH-метр – это миниатюрный, как правило, переносной прибор, который предназначается для измерения водородного показателя pH, электродвижущей силы и температуры водной среды. Этот прибор может использоваться как в лабораторных так и «полевых» условиях. Более подробно pH-метры мы рассматривали ранее, в отдельной статье. pH- метров существует множество видов, и дорогих и дешёвых, с разными классами точности, дополнительными возможностями, как например, подключение к ПК, измерение температуры воды и других параметров. Подробнее с pH-метрами можно ознакомиться здесь.
Известно, что рН абсолютно чистой воды равняется семи. Однако, очистка воды до такой степени может происходить только в лабораторных условиях. Как правило, в воде растворены вещества, которые либо увеличивают, либо понижают ее кислотность — количество ионов водорода в воде. Таким образом, если:
— рН = 7 –кислотность воды нейтральная.
— рН больше 7 –кислотность воды пониженная. Среда щелочная.
— рН меньше 7 –кислотность воды повышенная. Среда кислая.
Если рН воды составляет больше 9 или меньше 6, то это уже не “питьевая вода”, а “напиток” или минеральная вода. Таким образом, употребление воды с различным показателем рН может влиять на общее состояние организма, например, увеличивая или уменьшая кислотность желудочного сока. При гастрите, например, воду с рН менее 7 употреблять не рекомендуется.
Однако, уровень pH не говорит о чистоте воды, о содержании в ней растворенных в ней загрязнителей, которые в сумме могут иметь нейтральный pH, хотя вода будет «пахнуть», или будет мутной на просвет.
В таких случаях, применяют анализаторы содержания водорода в воде, которые могут не просто измерить pH и температуру воды, они предназначаются для непрерывного автоматического определения массовой концентрации растворенного водорода, а также парциального давления водорода в жидкостях.
Анализаторы водорода являются незаменимым средством для оперативного и производственного контроля за растворенным водородом в малых, микрограммовых количествах, который образуется в процессе высокотемпературной коррозии труб и другого технологического оборудования.
Это особенно важно для предприятий, использующих воду в различных технологических процессах. Так, например, анализаторы используются в автоматизированных системах управления различными химико-технологическими процессами подготовки воды на тепловых, гидро- и атомных электростанциях, в котельных, теплосетях, различных учреждениях военно-промышленного и топливно-энергетического комплексов, в пищевой и химической промышленности, в металлургии, микробиологии, а также в медицинских и научных исследованиях.
Анализаторов водорода в воде существует множество. Однако все они подразделяются на стационарные и переносные приборы:
1) Стационарные анализаторы растворенного водорода в воде:
— Серия анализаторов водорода АВП-01 – самые распространенные из которых АВП-01Т (Для высокоточного неразрушающего контроля микро- и миллиграммовых количеств водорода в воде в тепло- и атомной энергетике) и АВП-01А (прибор повышенной надежности для 1-го контура охлаждения ядерных реакторов) (Рисунок 2);
— МАРК-509 – стационарный двухканальный анализатор водорода, поставляемый в комплекте с модулем стабилизации водного потока МС-402М. Имеет взрывозащищенное исполнение по IP65 МАРК-509/1;
— АВ-09 – надежный промышленный прибор, имеющим мембранный, амперометрический принцип действия.
Рисунок 2. Анализатор водорода стационарный АВП-01
2) Переносные и лабораторные анализаторы растворенного водорода в воде:
— Серия анализаторов водорода АВП-02 – самые распространенные из которых АВП-02Т (Для высокоточного неразрушающего контроля микро- и миллиграммовых количеств водорода в воде в тепло- и атомной энергетике, как постоянно, так и по мере необходимости) и АВП-02А (единственный переносной прибор повышенной надежности, допущенный для анализа на 1-м контуре охлаждения ядерных реакторов).
— МАРК-501 – портативная версия анализатора МАРК-509. Имеет малые габаритные размеры, массу с датчиком, равную 0,4кг, множество дополнительных функций, долгое время работы от аккумуляторов (Рисунок 3).
— АВ-09МП – лабораторный анализатор, который предназначается для оперативных измерений температуры и концентрации молекулярного водорода.
— МАВР-501 – прибор, снятый с производства, который предназначается для измерения концентрации растворённого в воде водорода и температуры водных сред при помощи погружного проточного датчика.
Рисунок 3. Анализатор водорода в воде переносной МАРК-501.
Все приборы имеют термокомпенсацию, поэтому, результаты анализа не зависят от температуры воды. Срок службы датчиков всех анализаторов составляет 10 лет.
Таким образом, анализаторы водорода в воде — это современное аналитическое оборудование, отличающееся компактными размерами, отличными техническими характеристиками и простым управлением. Водородомеры — незаменимые приборы, используемые для анализа физико-химического состава жидких сред.
Источник
Как проверить содержание водорода
С учетом возрастающей популярности водородной воды на рынке появляются различные приборы и изделия для получения молекулярного водорода. Однако, не все продукты могут производить достаточное количество Н2 и соответственно не будут иметь полезного влияния на организм человека. Концентрация Н2 имеющая терапевтический эффект составляет более 0,6 мг/л, при меньшей концентрации эффекты водорода будут малозаметны.
Основная проблема водородных продуктов – это сложность достоверного определения концентраций растворенного Н2 в воде. На рынке нет доступных анализаторов газообразного Н2, которые сможет купить себе пользователь генераторов водородной воды.
Соответственно мы будем часто встречаться с недобросовестными продавцами и не качественными водородными изделиями пока не придумают дешевых способов измерения Н2.
В этой статье мы расскажем о различных методах определения Н2 в воде, от самых точных и достоверных методов до способов с погрешностями показаний.
Газовая хроматография
Материал из Википедии
Газовая хроматография (ГХ) – это физико-химический метод разделения веществ, основанный на распределении компонентов анализируемой смеси между двумя несмешивающимися и движущимися относительно друг друга фазами, где в качестве подвижной фазы выступает газ (газ-носитель), а в качестве неподвижной фазы — твердый сорбент или жидкость, нанесенная на инертный твердый носитель или внутренние стенки колонки.
ГХ является основным методом разделения и анализа газообразных смесей для специалистов в химической отрасли. ГХ считается главным и самым точным способом измерения молекулярного водорода в жидкости. Этот методика определяет концентрацию водорода путем перемещения Н2 из водной фазы в газовую с использованием плотно закрытого сосуда.
Данное оборудование используется только в лабораторных или промышленных условиях, требует особых навыков и имеет высокую стоимость.
Микросенсорные датчики водорода
Высокочувствительный микродатчик водорода имеет исключительную чувствительность, которая позволяет измерять даже в естественных системах.
Микро- и минисенсоры водорода представляют собой датчики типа Кларка, измеряющие парциальное давление водорода. Принцип работы микродатчика водорода основан на диффузии водорода через силиконовую мембрану к платиновому аноду, окисляющему водород. Восстанавливающий анод поляризован относительно внутреннего катода Ag / AgCl. Результирующий сигнал датчика находится в диапазоне пА и измеряется высококачественным пикоамперметром.
Поскольку концентрации водорода в природных системах, как правило, очень низкие, очень важен низкий предел обнаружения датчика. Обычно предел обнаружения датчиков близок к 0,02% водорода (0,1 мкМ в воде), но датчики, можно сделать еще более чувствительными, если они оснащены большим наконечником мембраны.
Конструкция микродатчика позволяет использовать водородный микродатчик в самых разных областях исследований, где требуются высококачественные, неразрушающие, быстрые и точные измерения. Микросенсор водорода предназначен для исследовательских целей в следующих областях:
- Науки об окружающей среде
- Биомедицинские науки
- Биотехнологии
- Исследования фотохимического расщепления воды
- Влияние питьевой воды, обогащенной H 2
Метод полярографической ячейки.
Полярография – это метод количественного и качественного химического анализа, основанный на получении кривых зависимости величины тока от напряжения в цепи, состоящей из исследуемого раствора и погруженных в него электродов, один из которых сильно поляризующийся, а другой практически неполяризующийся.
Российский производитель в сфере приборов контроля параметров водных сред ООО «ВЗОР» создала высокоточный анализатор водорода МАРК-501 и 509. Анализатор измеряет содержание растворенного водорода в воде при помощи амперометрического датчика, который работает по принципу полярографической ячейки закрытого типа.
Анализируемая среда отделена от специального раствора электролита при помощи мембраны, которая пропускает через себя только водород и непроницаема для воды и паров жидкости. В электролит погружены электроды анод и катод на которые подается постоянный ток. Водород, проникая через мембрану, вступает в электрохимическую реакцию с поверхностью анода в результате вырабатывается сигнал, который пропорционален концентрации растворенного водорода.
Далее данные поступают в микроконтроллер, где происходит обработка информации и результаты выводятся на ЖК экран.
Метод Титрования при помощи метиленового синего
Информация из википедия
Титрование – это постепенное прибавление титрованного раствора реагента (титранта) к анализируемому раствору для определения точки эквивалентности. Титриметрический метод анализа основан на измерении объема реагента точно известной концентрации, затраченного на реакцию взаимодействия с определяемым веществом.
Японские ученые нашли удобный и недорогой метод определения концентрации водорода при помощи реагента метиленовый синий с добавлением коллоидной платины. Метод основан на окислительной реакции водорода с помощью метиленового синего в присутствии катализатора коллоидной платины.
Формула: MB (blue) + 2H+ + 2e- = leucoMB (colorless)
Метод определения концентрации водорода при помощи раствора метиленового синего очень прост. Необходимо капнуть синий раствор в воду и размешать, при наличии растворенного водорода метиленовый синий будет обесцвечиваться. Если же вода не содержит водород, то вода окраситься в синий цвет.
Одна капля этого реагента реагирует с 0,1 мг/л (ppm) молекулярного водорода, таким образом, посчитав количество капель, обесцветивших метиленовый синий, можно узнать приблизительное количество молекулярного водорода в воде.
Например, если 9 капель в жидкости обесцветились, а 10-я окрасила воду в синий цвет, то концентрация Н2 в данной жидкости составляет 0,9 мг/л (ppm).
Метод определения водорода раствором «метиленовый синий» не самый точный, но он является официальным методом и признан наукой.
Окислительно-восстановительный потенциал
Окислительно-восстановительный потенциал можно измерить при помощи вольтметра или ОВП метра. Вода, которая подверглась электролизу (ионизированная вода) и другие формы водородной воды имеют отрицательный потенциал ОВП.
Однако отрицательный потенциал показывает не концентрацию водорода, а окислительно-восстановительные пары — пара концентрации молекулярного водорода (H2) и концентрация кислоты (ионы водорода H+), что соответствует стандартной окислительно-восстановительной полуреакции:
Можно сделать отрицательный ОВП, уменьшив концентрацию H+ (повысив pH) и/или увеличив концентрацию растворенного молекулярного водорода Н2. И наоборот, вы можете сделать ОВП положительным, увеличив концентрацию H+ (понизив pH) и/или уменьшив концентрацию растворенного молекулярного водорода Н2.
Например, добавив в воду аскорбиновой кислоты (витамин С) мы получим отрицательный ОВП на основе отношения восстановленной аскорбиновой (НА) кислоты к окисленной аскорбиновой кислоте (DHA) в соответствии с уравнением Нернста.
DHA + 2e- => HA = -570 мВ
Напряжение можно сделать более отрицательным, увеличив концентрацию HA и/или уменьшив концентрацию DHA. И наоборот, можно сделать положительным ОВП, увеличив концентрацию DHA и/или уменьшив концентрацию HA.
Этот факт следует принимать во внимание при рассмотрении концентрации молекулярного водорода. Поскольку pH играет большую роль в ОВП, то может быть ситуация, где один стакан ионизированной воды с ОВП -800 мВ, а другой с ОВП -400 мВ, из-за разницы pH второй стакан будет иметь больше молекулярного водорода чем в первом, где ОВП – 800мВ. Отрицательный ОВП является скорее индикатором присутствия H2, чем мерой концентрации.
Таким образом, технологии, основанные на измерении ОВП, не должны использоваться в качестве точного метода измерения концентрации молекулярного водорода.
Источник
