آنالایزر(Analyzer)
آنالایزر(Analyzer)
آنالایزر(Analyzer)

آنالایزر(Analyzer)


 به طور کلی آنالايزرها تجهیزاتی هستند که مقداروخلوص يك ماده رادریک تركيب بر اساس خواص شیمیایی و فیزیکی آن اندازه گيري مي كنند، در صورتیکه در پروسه تولید نیاز به سنجش دائمی ماده ای خاص احساس شود از آنالایزرهای online که در مسیر چریان ماده قرار دارند و اطلاعات را به صورت مداوم به اتاق های کنترل مخابره می کنند استفاده می شود؛ این در حالیست که گاهی به دلیل حساسیت و دقت بالای مورد نیازو یا عدم نیاز به انجام آزمایش های مکرر؛ ماده مربوطه ابتدا با طی کردن روند آماده سازی به نمونه ای قابل سنجش در آزمایشگاه در آمده و سپس توسط آنالایزرهای Offline مورد بررسی قرار می گیرند. آنالایزرها یی که جهت سنجش گاز مورد استفاده قرار می گیرند به دو دسته کلی آنالایزرهای گازهای محیطی و آنالایزرهای گازهای حاصل از احتراق طبقه بندی می شوند و آنالایزرهای مربوط به مایعات جهت اندازه گیری خلوص سیال ؛ pH ؛اکسیژن،کلر.. مورد استفاده قرار می گیرند. در ذیل به برخی از پر کاربردترین این تجهیزات اشاره ای مختصر می نماییم:

 

1- سنجش گر pH Analyzer) pH)


 یكی از پركاربردترین پارامترهایی که در صنعت جهت کنترل کیفیت محصول و جلوگیری از خوردگی و آلودگی محیط زیست مورد اندازه گیری قرار می گیرد pH یا معیار اسیدی یا بازی بودن یك محلول می باشد.
یك pH متر الكتروشیمیایی ساده ازیک الکترود مرجع (معمولاً از جنس كلرید نقره )و الکترودی که در محلول غوطه ور است و یك غشاء شیشه ای كه قابلیت نفوذ هیدروژن و جداسازی آن از یون های دیگر را دارا می باشد تشكیل یافته است . الكترودها معمولاً در یك پل نمكی از جنس كلرید پتاسیم قرار دارندکه از تماس مستقیم آنها با محلول جلوگیری میكند. معمولاً برای سادگی استفاده و كوچكتر كردن حجم pH مترها، از یك الكترود تركیبی که شامل یک محفظه محتوی دو الکترود می باشد استفاده میشود. سنسور pH به همراه سنسور دما بوده (معمولا PT100 )وpH را در دماي 25 درجه سانتيگراد نشان مي دهد در این حالت ضريب حرارتي سيال بايد براي جبران محاسبه افزایش هیدروژن یونیزه شده در اثر افزایش دما مشخص باشد.
در اثر تجمع یون هیدروژن در دو طرف غشاء اختلاف پتانسیلی تولید میشود كه توسط یک ولتمتر دقیق اندازه گیری میشود. اگر محلولی مورد نظر دارای pH برابر محلول مرجع یا 7 باشد، اختلاف پتانسیل صفر خواهد بود. اگر pH بیشتر از 7 باشد، پتانسیل مثبت(با نسبت خطی ) و اگر كوچكتر از 7 باشد پتانسیل منفی وجود خواهد داشت . برای نصب الكترود عموما از یك محفظه با یك ورودی و خروجی جهت جریان پیوسته نمونه مورد اندازه گیری استفاده می شود.
نوع دیگری از سنسورهای اندازه گیری pH از الکترود های حالت جامد یا(Ion-sensitive field effect transistors (ISFET به عنوان جایگزین الکترودهای شیشه ای جهت اندازه گیری استفاده می کنند. این الکترودها با تماس مستقیم با سیال توانایی اندازه گیری مقادیر نمونه ها در اندازه ۳۰ میکرو لیتر را دارامی باشند .


2-آنالايزر اكسيژن(Oxygen Analyzer)


 عموما" آنالايزرهاي اكسيژن جهت اندازه گیری اکسیژن در گازها و محلول ها مورد استفاده قرار می گیرند. با اندازه گیری اکسیژن در خروجی بویلرها و کوره ها به کاهش مصرف سوخت آنها کمک شایانی شده و با سنجش اکسیژن در واحد های تصفیه فاضلاب از کیفیت پروسه تصفیه مطلع می گردند.همچنین اکسیژن محلول در آب در مراکز پرورش آبزیان، مراکز دامپزشکی ،کشاورزی ،آزمایشگاه ها ،معادن ،صنایع غذایی کاربرد فراوان دارند.
در آنالایزرهای گازی اکسیژن سنسور اندازه‌گيري داراي یک صفحه با يك لايه متخلخل بوده كه از يك طرف تحت فشار گاز مرجع و از طرف ديگر تحت فشار گاز نمونه قرار مي‌گيرد. با گرم کردن فضای داخل سنسور يونهاي اكسيژن از صفحه الكترود عبور کرده و باعث ایجاد اختلاف پتانسیل می گردند.
Paramagnetic oxygen analyzer نوع دیگری از آنالایزر های اکسیژن هستند که از خاصیت جذب بالای میدان مغناطیسی توسط اکسیژن برای اندازه گیری میزان اکسیژن استفاده می کنند و در دو نوع حرارتی و مکانیکی طراحی و تولید می گردند.


3-کدورت سنج (Turbidity Analyzer)


 کدورت شاخصی است که میزان شفافیت آب را مشخص می کند. و به عنوان یک خاصیت ظاهری آب محسوب می گردد. کدورت باعث پراکندگی یا جذب نور در حین عبور آن بر روی یک خط مستقیم در آب می شود این تجهیزات از خاصیت انعکاس نور توسط ذرات معلق در محلول جهت اندازه گیری کدورت (مثلا" در تصفیه خانه ها جهت اندازه گیری کیفیت آب) استفاده می نمایند .در این دستگاه ها عموما"یک آشکار ساز فوتو الکتریک که در زاویه ی 90 درجه ای به نسبت پرتوی نور قرار داده می شود تا مقدار نور پراکنده شده را اندازه گیری کند و همچنین یک تله نوری نیز جلوی آشکار سازی هرگونه نوری که قبلا از نمونه عبور کرده است را میگیرد تا خطایی در نتایج به دست نیاید. منبع نور مادون قرمز امکان اندازه گیری نمونه های رنگی و بدون رنگ را فراهم می نماید.

 

4- هدايت سنج الكتريكي (Conductivity Meter)


 هدایت الکتریکی یا رسانایی الکتریکی یکی دیگر از معیارهای سنجش کیفیت آب می باشد، با توجه به این که هدایت الکتریکی رابطه مستقیمی با TDS و نمک های محلول در آب دارد، لذا اندازه گیری آن به منظور کنترل کیفیت آب از اهمیت زیادی برخوردار است.
هدایت الکتریکی آب بر روی سرعت خوردگی آن و درجه یونیزاسیون نمک های آب تأثیر می گذارد؛با افزایش EC یا TDS سرعت خورندگی آب افزایش یافته و درجه یونیزاسیون نمک های موجود در آب کاهش می یابد. از هدایت سنج های الکتریکی به منظور آنالیز آب ، آزمایشات محیطی و همچنین در مراحل تولید که نیاز به بررسی رسانایی محلول وجود دارد استفاده می شود. هر دستگاه هدایت سنج دارای دو الکترود یکسان پلاتینی می باشد. الکترودها در یک محفظه شیشه ای پیرکس یا شیشه ی مقاوم دیگر، موازی هم قرار گرفته اند. به مجموعه ی این الکترودها در محفظه ی شیشه ای، پیل کنداکتومتر می گویند.این تجهیزات عموما" با دو نوع سنسور خازنی و مقاومتی طراحی و ساخت می گردند. در نوع خازنی ،سنسور از دو صفحه استوانه اي متحدالمركز تشكيل شده كه سيال از بين آنها عبور مي كند. با عبور سیال از بین این دو صفحه خازنی خواهیم داشت که ظرفیت آن با ميزان ذرات باردار سيال ارتباط مستقیم دارد ، با اندازه گيري مقدار ظرفيت خازني مي توانيم هدایت الكتريكي را اندازه گيري نماییم در نوع مقاومتی سنسور دو صفحه وجود دارد كه با عبور سيال از بين آنها عمل جابجايي يونها صورت مي گيرد و باعث تغییر مقاومت بين دو صفحه می شودکه با اندازه گيري آن ،رسانايي مورد سنجش قرار می گیرد.


5- رطوبت سنج (Moisture Analyzer)

 

 مقدار رطوبت در گاز تصفيه شده ویا رطویت در رنج در صدی در مواد غذایی از جمله کاریرد های مهم این تجهیزات می باشد.
اندازه گیری رطوبت در آنالایزرها به روشهای متفاوت انجام می پذیرد از جمله آنها می توان به بدست آوردن نقطه شبنم و محاسبه رطوبت گاز و یا روش رسانايي الكتريكي که براي اندازه گيري و كنترل پيوسته رطوبت در جامدات استفاده مي شود اشاره کرد.
همچنین روش طیف نما نیز که در آن یک نور درون گاز نمونه فرستاده می شود و با اندازه گیری مقدار نوری که در طول موج های خاص متراکم شده رطوبت را مورد سنجش قرار می دهد از دیگر روش های اندازه گیری به حساب می آید.


6-آنالایزر گاز کلر (Cl2 Analyzer)


 کلر یک مادۀ شیمیایی خطرناک است که در حد مجاز به‌عنوان تصفیه‌کنندۀ آب‌های آشامیدنی کاربرد عمده دارد اما عدم رعایت موارد ایمنی و بی‌احتیاطی می‌تواند منجر به نشت این گاز و بروز مسمویت شود.اندازه گیری میزان کلر در آب به هدف کنترل میزان این ماده سمی؛ یکی دیگر از پارامترهای مهم اندازه گیری در صنعت مخصوصا" در واحد های آب و بخار کارخانجات می باشد. سنسور های اندازه گيري كلر عموما" شامل آند از جنس نقره و كاتد از جنس طلا و غشاء عبور دهنده يونهاي كلر می باشند. با اعمال ولتاژ از ترانسميتر به سنسور آنالایزر؛ الکترولیت محلول قطبی شده و سبب انتقال یونهای کلر از كاتد به سمت آند می شوند که این خود سبب ایجاد يك جريان اکتریکی متناسب با ميزان و غلظت يونهاي كلر می گردد. با اندازه گیری این جریان میزان کلر موجود در نمونه مورد آزمایش اندازه گیری می گردد.

 

7-آنالایزر گاز هیدروژن (H2 Analyzer)

 

  اندازه گيري هيدروژن بر مبنای تفاوت هدايت حرارتي هيدروژن که بسيار بيشتر از ساير گازها است می باشد .این تجهیزات شامل دو سلول مجزا از به همراه Filaments یا رشته مقاومتی می باشند که مقاوت آنها در اثر تغیر دما تغییر می نماید .يك منبع تغذيه ولتاژ ثابتي را روي رشته های مقاومتی اعمال كرده و دماي آنها را به اندازه دماي طراحي شده بالا ميبرد نمونه به يكي ازسلول ها و گاز مرجع به سلول ديگر وارد ميشود . به دليل اينكه هيدروژن داراي ضريب هدايت بالايي ميباشد، در اثر عبور گاز نمونه از رشته مقاومتی دماي آن كاهش مي- يابد. با اندازه گیری ومقايسه مقاومت هر یک از رشته های مقاومتی و با در نظر داشتن رابطه مقاومت و دمای آنها هيدروژن گاز تزريقي را ميتوان بوسیله مدار پل وتسون اندازه گيري نمود .

 
8-آنالایزر گاز H2S Analyzer) H2S)

 

  در حالحاضرجهت اندازه گيري مقدار گاز H2S ازدو روش متداول موجود مطابق بااستانداردهاي D5705 ASTM و UOP163 استفاده ميگردد؛روش ارائه شده دراستاندارد D5705 ASTM بدين صورت ميباشد كه پس از همزدن نمونه، مقدار گاز H2S موجود در فضاي بالاي مايع رادر مجاورت يك رول كاغذ استات سرب قرار داده و و از طرف يك منبع نور دو پرتو نور به كاغذ يكي قبل از تماس گاز و يكي بعد از تماس با گاز مي‌تابد. چون كاغذ در تماس با غلظتهاي مختلف گاز H2S رنگهاي مختلفي توليد مي‌كند اين رنگها توسط پرتو نور دوم تشخيص داده مي‌شود. از اين روش براي گاز H2S با درصدهاي بالا استفاده مي‌شود و دقت پاييني دارد.در روش ارائه شده در استاندارد 163 UOP براساس اندازه گيري تيتراسيون حالت مايع بوده و در اين روش نمونه تحت فشار محيط (فشار جو) هم زده ميشود.


9- کروماتوگرافی گازی (Gas Chromatography (GC


 کروماتوگرافی گازي که امروزه کاربرد گسترده اي دارد یکـی از روشهـاي فیزیکـی براي جداکردن و خالص سازي مواد به شمارمی رود. این روش براساس جذب سطحی Adsorption و یا تقسیم Partition بین دو فاز ساکن و متحرك میباشدو امکان جداسازي ترکیبات بسیار پیچیده را در حداقل زمان ممکن فراهم می نماید. شرط جداسازی يك مخلوط بوسيله روش كروماتوگرافی گازی آن است كه نمونه مورد آزمايش در حين حرارت و تبديل شدن به گاز تجزيه نشود. در کروماتوگرافی گازي فاز متحرك یک گاز میباشد کـه معمـولاً گـاز حامـل (Gas Carrier ) نامیده میشود ؛این در حالیست که در کروماتوگرافی مایع (Chromatography Liquid )فاز متحرك یک مایع میباشد.
این تجهیزات عموما "متشکل از یک سیلندر گاز حامل (Carrier Gas Tank or Cylinder)؛ ادوات تنظیم فشار و جریان (Flow and pressure regulator)محل تزریق نمونه (Sample Injection Chamber) ؛ ستون(Column)؛ آشکار سا(Detector)  محفظه گرمکن (Oven) وداده پرداز و نمایشگر(Data system & Displayer)می باشند. گازي که به یک دستگاه GC وارد می شود بایـد فـشار و سـرعت جریـان (Flow ) ثابتی که توسط کنترل کننده هاي فشار دائماً تنظیم میگردند، داشته باشد. نمونه هاي مورد آنالیز توسط سیـستم تزریـق (Injector )به درون ستون وارد می گردند. عمل جداسازي اجزاء توسط ستون انجام می گیـرد و سـپس ایـن اجـزاء شسته شدهو توسط دتکتور تشخیص داده می شوند. خروجی دتکتور توسط یک آمپلی فایر تقویـت شـده و سپس به یک سیستم ثبات فرستاده می شود. علایم خروجی از دتکتور که به صورت mV بـر حـسب زمـان ترسـیم میشود یک کروماتوگرام (Chromatogram) نامیده می گردد.
آشـــــــکار ساز( Detector)  در ایــــن تجهـــــــیزات عمومـــــا" از دو نــــــــوع : (Thermal Conductivity Detector(TCD ویا(Flame Ionization Detector(FIDمی باشند ؛در نوع اول (TCD) که شامل يك پل وتسون است دو مدار به عنوان مرجع و دو بازوي ديگر پل اندازه گير هستند. بازوهاي پل در مجاورت گاز قرار دارند كه در اثر عبور گاز و تبادل حرارت با بازوي پل مقاومت بازو تغيير مي كند. گاز هيدروژن به عنوان گاز مرجع استفاده مي شود. مقدار سيگنالي كه پل در اثر عدم تعادل توليد مي كند متناسب با غلظت گاز در حال اندازه گيري است. در نوع دوم (FID) ماده ارگانيك در يك شعله مي سوزد كه اين شعله از سوختن هيدروژن در اكسيژن و ماده ارگانيك حاصل مي شود. در هنگام سوختن ماده ارگانيك در نوك شعله يونهايي تشكيل مي شود كه اين يونها توسط يك سلول حساس جمع آوري و شناسايي مي شود. در اثر جابجايي يونها بين شعله و الكترود جمع كننده جرياني توليد مي شود كه ميزان اين جريان متناسب با غلظت ماده در حال اندازه گيري است.


10- طيف سنجي پرتو ايكس (X-Ray Fluorescence (XRF


  آنالیز مواد بوسیله سنجش طیف اشعه پرتوايكس يكي از روشهاي آناليز عناصر است كه امروزه از آن به طور وسيعي در صنعت و مراكز پژوهشي استفاده ميشود. اين روش، به ويژه به خاطر سرعت و دقت خود در تعین عناصر طیف وسیعی از مواد، براي برخي از صنايع، مانند معادن ،صنایع فولاد ...دارای کاربرد فراوان می باشد.اجزای تشکیل دهنده این تجهیزات عموما"شامل1-لوله تولید کننده پرتو ايكس (X-ray tube-40-60kV,50-300W) ب2-بلور آناليز كننده  3- تجهیزات سازنده نمونه  4- آشكارسازها (Detection system ) می باشند.دستگاههاي XRF از نوع تفکـيك طول موج (Wavelength Dispersive Spectroscopy (WDS يا تفكيك انرژي (Energy-dispersive spectroscop (EDS هستند. در نوع EDS پرتو خروجي از نمونه، بدون آن كه توسط بلور آناليزكننده،تفكيك شودواردآشكارساز ميگردد؛درنوعWDS پرتو ايكس خروجي از نمونه مجهول، پيش از ورود به آشكارساز، توسط يك بلور تفكيك ميشود.در اين روش، پرتو ايكس به نمونه مجهول تابيده و با برانگيختن اتمها باعث پديد آمدن پرتو ايكس ثانويه ميشود. پرتو ايكس خروجي از نمونه كه در حقيقت پرتو مشخصه عنصرهاي موجود در نمونه مجهول است پس از عبور از جمع كننده(كليماتور )،به سوي يك بلور هدايت ميشود.پرتو برخورد كننده به بلور، گستره ای از طول موجهاست، كه هر كدام به يك عنصر تعلق دارد. بلور آناليز كننده، طبق رابطه براگ باعث پراش هر يك از طول موج ها در زاويه ويژه اي ميشود و پس از پراشيدن، آنها را به آشكارساز ميفرستد از آنجا كه اين بلور با يك زوايه ويژه و با فاصله صفحات معين، دربرابر تابش پرتو ايكس قرار دارد، طبق رابطه براگ در هر زاويه يك طور موج ويژه كه در اين رابطه صدق كند را انتخاب ميكند و آن طول موج را به طرف آشكارساز بازتاب ميدهد. با پراش يك طول موج، بقيه طول موجها كه با اين رابطه سازگاري ندارند در فضاي اطراف بلور پخش شده و از بين ميروند. با تعيين طول موج يا انرژي پرتو ايكس ثانويه، عنصر(هاي ) مورد نظر را ميتوان شناسايي كرد.