3.Optický a optoelektronický princip Spektrální fotometrie Absorpce záření E Přechod systému ze základního stavu do stavu excitovaného c h = EE + EK + E λ E > E > E E Závislost na vln.délce K R R h...planckova konst. E...elektronové energetické přechody K...kmitání molekul R...rotace molekul Ultrafialové spektrum (200nm 350 nm) Viditelné spektrum (350 800 nm) Energie elektronového spektra E E Analýzy organických kapalin, zjišťování dusičnanů ve vodě Infračervené spektrum (800 nm- 2,5 µm) intermolekulární kmitání mezi atomy
Zdroje záření Modulace Filtrace Detektory Metody spektrální fotometrie Uspořádání měřicího řetězce pro spektrální fotometrii zdroj měřicí kyveta optický filtr detektor Synchronní detektor dolnofrekvenční filtr
Interferenční filtry Fabry Pérotovo uspořádání (rezonátor) Metody spektrální fotometrie Detektor: kondenzátorový mikrofon
Bezdisperzní Disperzní Infračervené (IR) analyzátory plynu absorbční spektra
Bezdisperzní Infračervené (IR) analyzátory plynu Disperzní Klasický IR analyzátor Pyrodetektor 1 IR zdroj 2 clonka 3 srovnávací kyveta 4 měřicí kyveta 5 srovnávací plyn 6 kondenzátor.mikrofon 1 IR zdroj 2 interferenční filtr 3 měřicí kyveta 4 kotouč s filtry 5 filtrační komora s N 2 6 filtrační komora s měřeným plynem 7 detektor
Infračervené (IR) analyzátory plynu Úzkopásmový IR analyzátor fy Dräger 1 pulzní IR zdroj 2,5 transparentní okno 3 měřicí kyveta 4 zrcadlo 6 polopropustný dělič záření 7,9 interferenční filtry 8,10 pyroelektrické detektory moderní verze disperzního analyzátoru
Infračervené (IR) analyzátory plynu Fotoakustický senzor IR záření Princip: využití absorpčního pásma plynů Vln.délka dopad. záření = absorpční pás plynu => absorpce záření úměrně koncentraci plynu => kmitání atomů => nárůst teploty => tlak v komůrce senzoru
Senzory pro chromatografickou analýzu Detektory na principu postupného vytváření rovnovážných stavů dělených látek mezi pohyblivou a nepohyblivou fází. -rozpouštění -adsorpce -výměna iontů Nepohyblivá fáze = kolona - látka se schopností zadržovat jednotlivé složky dávky - nerezový kov nebo sklo -1 až několik metrů Pohyblivá fáze = plyn nebo kapalina, která z kolony smývá jedn. složky => transport k detektoru => stanovení koncentrace složky
Senzory pro chromatografickou analýzu Rozdělení: 1. Pro plynovou chromatografii Tepelně-vodivostní senzory Plamenově ionozační senzory(fid) Fotoionozační senzory (PID) Radioaktivní senzory(ecd) 2. Pro kapalnou chromatografii UV fotometrické senzory Fluorescenční detektory Detektory na principu měření indexu lomu Detektory na principu optické mřížky 3. Pro iontovou chromatografii Amperometrické senzory Senzory konduktivity
Senzory pro chromatografickou analýzu Plamenový ionizační senzor FID Vvužití ionizace hořícího plynu Ionizované molekuly plynu jsou v prostoru silného el. pole (300 750 V) urychlovány k elektrodám => vznik el. proudu Předpoklad: zanedbatelný ionizační proud v nosném plynu (vodík 10-14 A x analýza 10-8 A)
Senzory pro chromatografickou analýzu Fotoionizační senzor PID Využití UV záření Ionizační proces: M + + hv M + e
Senzory pro chromatografickou analýzu Integrovaný plynový chromatograf 1 Si substrát 2 ventil 3 out 4 nosný plyn 5 analyzovaný plyn 6 out 7 čip tepelně-vodivostního senzoru 8 kolona Využití technologie mikromechanického leptání na křemíkovém substrátu
ESR spektrometry Elektronová spinová rezonance (ESR) /elektronová paramagnetická rezonance (EPR) absorbce energie vf elmagnetického pole Dva možné stavy energetických hladin E = g L B g L µ H B... faktor spektrometrického štěpení µ... Bohrův magneton ( µ B = 9, 273 Am -24-2 ) E h f = = hf E h = E
Biosenzory Biochemické reakce receptoru (enzymy, bakterie ) Vyhodnocení: potenciometrické a amperometrické elektrody, optoel. fluorescenční senzory, ENFET Fluorescenční biosenzor:
Senzory vlhkosti plynu Veličiny: Směšovací poměr r = m v /m a Měrná vlhkost q = m v /(m v +m a ) abs. vlhkost (hustota vodní páry) d v =m v /V = Φ abs. vlhkost sytého plynu... Φ Relativní vlhkost φ = Φ / Φ jiná definice (z molárních zlomků) U w x x v = *100% = vw nv nv + na nvw n + n vw a Parciální tlak vodní páry e, p Tlak nasycené vodní páry e w,e i,, p Teplota rosného bodu T d, (r) p,t =(r w ) p,td
Stavová rovnice pv = nrtzv (T,p) = m M v v RTZ v (T,p) pro id. plyn: p' = ( e) = m M v v RT V = RT M v d v = RT M v Φ' M R T[ K ]... termodynamická teplota Z d v v v... molární hm.... molární plynová konst.(8,314510 J.mol... kompresibilní faktor = Φ'... absolutní vlhkost vodní páry (0,018052 kg.mol -1-1 ). K 1 ) p' p p' = p ' + p s = n v n + v n p... parciální tlak vodní páry p s... parciální tlak suchého vzduchu p... atmosferický tlak p = p +p s a ϕ = Φ' Φ'' = U w = x x vw = nv nv + na nvw n + n v = vw a p' p''
Sorpční senzory vlhkosti Změna fyz-chem. vlastností materiálů rovnovážný stav adsorpce a desorpce molekul vody z vodní páry Odporové (ellytické) senzory - závislost elektrolytické vodivosti na adsorbované vodě Mikroelektronické kapacitní resp. odporové senzory - závislost impedance sorpčního materiálu na relativní nebo absolutní vlhkosti okolního plynu Polovodičový MOS senzor - adsorpce v citlivé vrstvě PEO (polyetylenoxid), v níž jsou uloženy dvě hřebenově uspořádané elektrody
Sorpční senzory vlhkosti Odporový senzor vlhkosti Odpor stěny pórů Svodový odpor Impedance od dna pórů k Al elektrodě Zákl. kapacita
Sorpční senzory vlhkosti Odporový senzor vlhkosti BULK SENZOR (odporový senzor vyrobený z polymeru, k adsorpci dochází v celém objemu - - tzv. bulk effect.
Sorpční senzory vlhkosti Kapacitní senzor vlhkosti Senzor je tvořen kondenzátorem, jehož dielektrikum je z hydroskopického materiálu. Kapacita senzoru je funkcí relativní vlhkosti.
Kapacitní senzor vlhkosti Sorpční senzory vlhkosti
Absorpční LiCl senzory vlhkosti Termodynamický jev parc. p vodní páry nad roztokem solí < p nad čistou vodou 1 Pt senzor 2 tkanina 3 elektrody (bifilárně vinuté) Provozní nevýhody (stále zapnutý, nutnost doplňování roztoku)
Psychrometr mokrý + suchý senzor parciální tlak páry relativní vlhkost e( ϑ) = ew( ϑm ) A.p( ϑ ϑm ) e( ϑ)... parc. tlak páry při teplotěϑ e w... tlak syté vodní páry při teplotěϑ A... psychrometrický součinitel 6,56.10-4 K 1 pro v > 2 m/s ( ϑ ϑ )... psychrometrický rozdíl teplot m m
Psychrometr Diagram vlhkého vzduchu
Psychrometr Psychrometrický senzor
Zrcadlové senzory teploty rosného bodu Zrcadlo (Au) je chlazeno Peltierovým článkem, a to tak, aby byla udržována konstantní teplota orosení. Znečištování zrcadla
Omega 6" Circular Chart Temperature, Humidity, Dewpoint Recorder Relative humidity range: 0-100% Relative humidity accuracy: ±3% Dewpoint range: 0 to 50 C Dewpoint accuracy: ±1 C
Vlhkoměr TDLAS (Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy) výhody: jen jeden paprsek jeden zdroj jeden detektor -> bez kalibrace rozlišen ení ppb Beerův zákon: I 0 /I= k l N I, (I 0 ).. intenzita na (mimo) frekvenci absorbční čáry vody, k.. konstanta, l.. dráha paprsku, N..počet molekul vody http://www.delta-f. f.com/