Газоанализатор – прибор для определения качественного и количественного состава газовой смеси. Применение газоанализаторов помогает компаниям

• избежать экономических потерь от штрафов и санкций контролирующих экологию и охрану труда органов;
• подтвердить соблюдение предприятиями действующего природоохранного законодательства;
• контролировать соблюдение требований нормативно-законодательной базы по промышленной безопасности при эксплуатации опасных производственных объектов на предприятии;
• осуществлять мониторинг безопасности производственных процессов на предприятии;
• следить за безопасностью условий труда сотрудников и заботиться о здоровье сотрудников;
• информировать сотрудников о безопасности воздушной среды на предприятиях;
• сохранять безопасность окружающей среды вокруг предприятия;
• осуществлять мониторинг технологических газовых смесей;
• решать многие другие вопросы, с которыми сталкиваются компании в своей повседневной производственной деятельности.

Газовые анализаторы делятся по:

• областям применения;
• принципу работы;
• форм-фактору;
• количеству измеряемых компонентов;
• способу фиксации данных.

По областям применения различают газоанализаторы:

• воздуха рабочей зоны

Рабочая зона – территория промышленных предприятий и прочих объектов, на которой в течение рабочего дня временно или постоянно находится персонал.

• атмосферного воздуха

Атмосферный воздух – тот воздух, которым мы дышим круглосуточно, в том числе на улице, дома или в других местах. В понятие мониторинга атмосферного воздуха также включается мониторинг воздуха санитарно-защитной зоны. Санитарно-защитная зона – специальная территория вокруг производств и прочих промышленных объектов, целью которой является отделение источников выбросов загрязняющих веществ от жилых или общественных зданий. Содержание загрязняющих веществ в санитарно-защитной зоне строго регламентировано.

• промышленных газовых выбросов

Промышленные газовые выбросы – газовые выбросы промышленных предприятий, отходящие газы установок, сжигающих топливо, плавильных печей; вентиляционные выбросы различных производств.

• технологических газовых смесей

Технологическая газовая смесь – газ или смесь газов, применяемая для или получаемая в результате производственных процессов. Как правило, концентрацию газа в технологических смесях необходимо непрерывно контролировать, что обуславливает необходимость применения газоанализаторов.

По принципам работы газоанализаторов

Принципы работы газовых анализаторов различны, среди газоанализаторов, производимых АО «ОПТЭК» имеются, например:

• электрохимические газоанализаторы;

В электрохимическом методе определения концентрации газа чувствительным элементом служит электрохимический сенсор. Измеряемый газ, путем диффузии проникает в сенсор, инициирует на электродах датчика электрический ток, пропорциональный концентрации газа. Величина этого тока является аналитическим сигналом для измерения концентрации анализируемого газа.
На примере МГЛ-19М, МГЛ-20М, КАСКАД-Н.

• оптические газоанализаторы, которые делятся на:
   
  • хемилюминесцентные, на принципе гетерогенной хемилюминесценции
  
  Сущность хемилюминесцентного метода состоит в том, что химическое взаимодействие молекул измеряемого газа с хемилюминесцентным датчиком сопровождается люминесценцией. Интенсивность такой хемилюминесценции пропорциональна содержанию измеряемого газа в анализируемой газовой смеси.
  На примере газового анализатора, мод. С-310А.
  На примере газового анализатора, мод. СВ-320А-1.
   
  • хемилюминесцентные, на принципе газофазной хемилюминесценции
  
  Метод основан на реакции, например, озона с анализируемым газом, одновременно поступающих в реакционную камеру. Излучение, производимое этой реакцией, проходя оптический фильтр, регистрируется фотоэлектронным умножителем.
  На примере газоанализатора, мод. Р-105.
   
  • флуоресцентные
  
  Флуоресцентный метод основан на способности анализируемого газа производить флуоресценцию в области спектра, характерной для этого вещества. Флуоресценция анализируемого газа вызывается воздействием на него излучения, длина волны которого совпадает с центром полосы поглощения анализируемого газа. Поглощение данного излучения вызывает флуоресценцию анализируемого газа.
  На примере газоанализатора, мод. С-105М.
   
  • на принципе оптической абсорбции
  
  Анализируемый газ поглощает УФ излучение на конкретной длине волны. Величина поглощенной энергии зависит от концентрации анализируемого компонента в газовой смеси.
  На примере газового анализатора, мод. Ф-105.
   
  • на принципе инфракрасного поглощения
  
  В основу положен принцип поглощения анализируемым компонентом инфракрасного излучения, что позволяет получить высокую избирательность и малое время отклика при проведении измерений.
  На примере газового анализатора, мод. ОПТОГАЗ-500.4С-СО2.


• комбинированные

Комбинированный тип газоанализатора, как правило, предназначен для измерения нескольких компонентов. Включает в себя несколько чувствительных элементов, основанных на различных принципах работы. Например, оптический модуль и электрохимические сенсоры. На примере газоанализатора, мод. ОПТОГАЗ-500.3С.

По форм-фактору различают:

• стационарные газоанализаторы

Стационарные газоанализаторы – приборы, предназначенные для неподвижной установки в зоне мониторинга для непрерывного измерения концентрации загрязняющих веществ. Стационарные газоанализаторы обладают более широким перечнем возможностей по сравнению с персональными.
На примере газоанализатора, мод. 3.02П-А.

• переносные газоанализаторы

Основное преимущество переносных газоанализаторов – небольшой размер и масса при достаточно высокой функциональности. Приборы работают в автоматическом режиме, оснащены сигнализацией превышения предельно допустимых концентраций, а все полученные данные выводится на жидкокристаллический индикатор в реальном времени.
На примере газового анализатора, мод. КАСКАД-Н.
На примере газовых анализаторов, мод. МГЛ-19.XA, МГЛ-20.ХА.
 

По количеству измеряемых компонентов различают:

• однокомпонентные газоанализаторы

Анализируют один измеряемый компонент.
На примере газового анализатора, мод. К-100.

• многокомпонентные газоанализаторы

Анализируют несколько измеряемых компонентов.
На примере газового анализатора, мод. КАСКАД-Н 62.3.
 

По способу фиксации полученных данных различают:

• газоанализаторы, без автоматической регистрации данных

Измеряемые величины вручную фиксируются пользователем.
На примере газового анализатора, мод. МГЛ-19.XA, МГЛ-20.ХА.

• газоанализаторы с автоматической регистрацией данных

Измеряемые величины автоматически обрабатываются газоанализатором или газоаналитическим комплексом, записываются в память прибора и т.д..
На примере газового анализатора, мод. Р-105.

В решении вопросов улучшения экологической обстановки, соблюдения требований промышленной безопасности, природоохранного законодательства газоанализаторы являются необходимым, надежным и хорошо зарекомендовавшим себя инструментом. Они являются неотъемлемой частью измерительных комплексов современных экологических лабораторий. С осознанием важности вопросов экологии, газоанализаторы получили широкое распространение на предприятиях нефтегазовой промышленности, энергетического комплекса, машиностроения, центрах по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, государственных природоохранных учреждениях, горно-обогатительных комбинатах, организациях здравоохранения и во многих других сферах.

Контроль качества атмосферного воздуха

Контроль качества воздуха – один из основных компонентов мониторинга окружающей среды. Цель таких наблюдений – сбор данных о концентрации загрязняющих веществ в атмосферном воздухе и применение полученных знаний для предупреждения опасных или вредных воздействий на человека и окружающую среду. Регулярный контроль качества атмосферного воздуха  позволяет понять и оценить происходящие в нем, под влиянием деятельности человека, изменения.

Критерий качества атмосферного воздуха –  не превышение измеренных значений концентрации измеряемых веществ предельно допустимых максимально-разовых (ПДКмр) и среднесуточных концентраций (ПДКсс) загрязняющих веществ в атмосфере. Для обеспечения такого контроля и измерения концентрации загрязняющих веществ созданы специальные автоматизированные приборы.

  Приборы для контроля загрязнения атмосферного воздуха

АО” ОПТЭК” является производителем приборов для мониторинга атмосферного воздуха, которые,  в свою очередь,  позволяют контролировать содержание практически всех основных атмосферных загрязнителей в воздухе.
  
Анализаторы качества воздуха производства АО “ОПТЭК”  позволяют измерять концентрации загрязняющих веществ в атмосфере на уровне ПДКсс атмосферного воздуха.

 К приоритетным загрязняющим веществам, контролируемым в воздухе, относятся: двуокись серы С-310А, С-105, СВ-320А1 (SO2),  взвешенные частицы , формальдегид ФОРТ (CH2O), озон 3.02П-А, Ф-105 (O3), оксид азота Р-310А, Р-105, Н-320А (NO), диоксид азота Р-310А, Р-310А-1, Р-105, Н-320А (NO2), оксид углерода К-100, ОПТОГАЗ-500.4-СО (CO), диоксид углерода ОПТОГАЗ-500.4 (CO2),асбест, сероводород СВ-320А1, С-105СВ (H2S),  аммиак Н-320, Н-320А (NH3), углеводороды ГАММА-ЕТ (CH4).  АО” ОПТЭК” является производителем приборов атмосферного мониторинга, которые,  в свою очередь,  позволяют контролировать практически все основные загрязняющие компоненты.

Критерием качества окружающей среды – степени соответствия природных условий (в нашем случае воздуха) физиологическим возможностям человека – выступают предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосфере (максимально-разовые и среднесуточные). Производственно-хозяйственные стандарты качества окружающей среды регламентируют экологически безопасный режим работы производственного, коммунально-бытового и других объектов. К данному виду стандартов качества окружающей среды по воздуху относится предельно допустимый выброс (ПДВ) загрязняющих веществ в атмосферу. Приборы атмосферного мониторинга  производства АО “ОПТЭК”  позволяют измерять концентрации загрязняющих веществ в атмосфере на уровне ПДК атмосферного воздуха.

 Более двухсот стационарных и передвижных станций контроля загрязнения атмосферного воздуха производства АО «ОПТЭК» – «СКАТ», работают в таких крупных городах как: Москва, Санкт-Петербург,  Рязань,  Сочи,  Волгоград, Нижний Новгород, Саратов,  Оренбург,  Омск,  Комсомольск-на-Амуре, Казань, Мурманск, Смоленск, Хабаровск, Тюмень  и многих других городах России и стран ближнего зарубежья.  (см. наши заказчики)

Для решения  задач  в области атмосферного мониторинга, анализа промышленных и транспортных выбросов, анализа воздуха рабочей зоны требуется использование широкого круга аналитических методов – ИК-спектроскопия,  УФ-спектроскопия,  электрохимические методы,  хроматография, масс-спектрометрия, лазерная спектроскопия  и др.

   Охватить все эти методы в рамках одной фирмы – очень сложная (а на практике почти невозможная) задача.  Часто фирмы-производители специализируются на довольно узком спектре аналитических методов.  Для расширения своих возможностей по удовлетворению заявок потребителей обычно используют возможность привлечения продукции фирм-партнёров.  Такая практика позволяет в рамках одной фирмы, получив запрос, поставить все необходимые анализаторы.  Примером такой деятельности может служить  возможность поставки в рамках заказа на АО «Оптэк»  трассовых газоанализаторов Gas Finder 2.0 (HCl, HF, CH4) производство канадской фирмы Boreal,  газоанализатора Гамма ЕТ (сумма углеводородов, метан, сумма углеводородов за вычетом метана), производство РФ.

    Кооперация с другими фирмами может затрагивать также более специфичные вопросы. Например, для создания станции атмосферного мониторинга СКАТ в передвижном варианте  подбор  и оснащение автомобиля  для установки измерительного комплекса передаётся субподрядной организации, специализирующейся на производстве автомобилей и сопутствующего оборудования.  Услуги российских фирм-партнёров  используются при подборе и оборудовании  бокса  в процессе создания стационарного поста контроля атмосферного воздуха.  Задачи по организации электро- и водоснабжения стационарных постов , выполнение работ по противопожарной безопасности  также передаются фирмам-партнёрам по месту установки поста.

Мониторинг атмосферного воздуха — комплексная система наблюдений за состоянием атмосферного воздуха, определение наличия и концентрации загрязняющих веществ в атмосфере, а также прогноз состояния атмосферного воздуха, его загрязнения (закон «Об охране атмосферного воздуха»).

Газоанализаторы для мониторинга атмосферного воздуха

Без пищи человек может прожить несколько недель (если он пьет воду), без воды — несколько дней, а вот без воздуха человек не проживет и несколько минут. Воздух — важнейшая составляющая окружающего мира, столь необходимая для жизни человека. Любые вредные вещества, попадающие в воздух в результате природных процессов или в результате хозяйственной деятельности человека, даже если они и присутствуют в малых концентрациях, могут нанести большой, а часто даже непоправимый вред здоровью человека. Этим объясняется повышенное внимание к проблеме загрязнения воздуха и необходимость организации мониторинга атмосферного воздуха.

Основными загрязнителями являются постоянно функционирующие объекты коммунального хозяйства населенных пунктов (теплоэлектростанции и мусоросжигающие заводы), промышленные предприятия, а также ежегодно увеличивающийся поток автотранспорта. В настоящее время доля выбросов от автотранспорта составляет 80% от общего объема выбросов основных загрязняющих веществ. Атмосферный воздух населенных пунктов содержит коктейль из частичек пыли различного размера и диаметра, окислов азота, окислов серы и углерода, углеводородов и альдегидов и еще более сотни наименований химических веществ, обладающих раздражающим, аллергенным, канцерогенным и многими другими биологическими эффектами. Наибольший вклад в загрязнение атмосферного воздуха города вносят диоксид азота, формальдегид и фенол.

Контроль качества атмосферного воздуха
В принципе, контроль загрязнений атмосферного воздуха — это контроль последствий произошедшего процесса загрязнения воздуха. Идеальная картина — нет источников загрязнения, нет самого загрязнения. К сожалению, на практике реализация такой ситуации невозможна. Но необходимо стремиться максимально реализовать такую ситуацию. Для этого необходим постоянный жесткий контроль над выбросами вредных веществ в атмосферу в процессе хозяйственной деятельности человека. Этой цели служат приборы для контроля промышленных и транспортных газовых выбросов. Эти приборы находятся на передней линии защиты атмосферы от вредных выбросов, они напрямую контролируют источники загрязнения воздуха. Эффективное использование этих приборов часто позволяет оптимально настроить производственный процесс и существенно снизить уровень вредных выбросов в атмосферу.

Приборы для мониторинга атмосферного воздуха

Приборы для мониторинга атмосферного воздуха — устройства, непосредственно контролирующие качество воздуха, вдыхаемого человеком. Предельно допустимые среднесуточные концентрации многих газовых загрязняющих компонентов находятся в области малых концентраций — единицы и десятки мкг/м³. Этим объясняются высокие требования к точности, чувствительности и стабильности этих приборов.

Измеряемые параметры:

• Массовая концентрация диоксида углерода (СО2) и загрязняющих веществ: окислов азота (NO/NO₂, аммиака (NН₃), оксида углерода (СО), диоксида серы (SO₂), сероводорода (Н₂S), суммы углеводородов (ΣСН) в пересчете на метан, метана (СН₄) и суммы углеводородов за вычетом метана (ΣNСН), озона (О₃), формальдегида (СН₂О), органических и серосодержащих соединений;
• Массовая концентрация взвешенных частиц (пыли);
• Метеорологические параметры: скорость и направление ветра, температура и относительная влажность окружающего воздуха, атмосферное давление, количество осадков.

АО «ОПТЭК» предлагает хемилюминесцентные, электрохимические и оптические анализаторы качества воздуха, а также измерительные комплексы для непрерывного автоматического определения качества воздуха (мониторинга атмосферного воздуха).

Газоанализаторы для мониторинга атмосферного воздуха могут быть как однокомпонентными:

• Ф-105 (О₃), 3.02 П-А (О₃), Р-310А-1 (NO₂), C-105A, С-105М (SO₂), C-310A (SO₂), CB-320-A1-H₂S (H₂S), Н-320 (NH₃), K-100 (CO), Оптогаз-500.4-СО₂ (СО₂), Оптогаз-500.4-CO (СО), Форт-301 (формальдегид),

так и многокомпонентными:

• Р-310A (NO,NO₂), CB-320-A1 (H₂S,SO₂), H-320A (NH₃, NO, NO₂).

Для комплексного решения задач атмосферного мониторинга «ОПТЭК» выпускает измерительный комплекс «СКАТ», включающий в себя собственно газоанализаторы (от 2-х до 12 измерительных каналов), приборы для измерения аэрозольной составляющей атмосферы, устройства для сбора, регистрации, обработки и хранения полученных данных. Измерительный комплекс «СКАТ» может быть размещен на стационарных, маршрутных и передвижных постах наблюдения за уровнем загрязнения атмосферы. В измерительном комплексе «СКАТ» решена задача по обеспечению непрерывного режима работы всех устройств, предусмотрены типичные нештатные ситуации, например, кратковременные отключения электропитания. Собранная информация может храниться в автономном регистраторе данных, передаваться на сервер объединения и хранения данных. Пользователь может получать информацию с измерительного комплекса «СКАТ» посредством Internet, локальных сетей, GSM или телефонных каналов.

Электрохимические сенсоры – это специальные устройства, в которых аналитический сигнал обеспечивается протеканием электрохимического процесса. Электрохимические сенсоры предназначены для количественного и качественного анализа химических соединений в газообразных и жидких средах.

В электрохимических сенсорах чувствительным является электрохимический элемент       (ячейка). Первичные информационные сигналы об исследуемом явлении или объекте, возникают в виде изменения свойств этого элемента: разности потенциалов или электропроводности, электрического тока или вольтамперной характеристики, динамики их изменения. Физическая форма информационного сигнала и положена в основу классификации. В соответствии с этим электрохимические сенсоры разделяют на кондуктометрические, потенциометрические, амперометрические, вольтамперометрические и хроноамперометрические.

       Кондуктометрические электрохимические сенсоры представляют собой устройства, в которых первичные информационные сигналы возникают в виде изменения электропроводности электрохимического элемента; их обобщением являются импедансные сенсоры. В импедансных сенсорах которых изменяются не только электропроводность, но и электрическая емкость элемента;

     В потенциометрических электрохимических сенсорахпервичные информационные сигналы возникают в виде изменения электрических потенциалов.

      Амперометрические электрохимические сенсоры представляют собой устройства, в которых первичные информационные сигналы возникают в виде изменения электрического тока через электрохимический элемент при заданном значении напряжения; вариантом их являются кулонометрические сенсоры, в которых измеряется не ток, а электрический заряд, прошедший через сенсор в течение заданного промежутка времени.

      Электрохимические сенсоры, в которых информацию получают, измеряя и анализируя вольтамперную характеристику электрохимического элемента и соответственно динамику изменения тока, называют вольтамперометрические и хроноамперометрические электрохимических сенсоры.

       По изменению концентрации ионов электрохимические сенсоры  могут обнаруживать присутствие и определять концентрацию в контролируемой среде также ряда нейтральных молекул. Так, например, "газочувствительные электроды "имеют непроницаемую для электролита, но проницаемую для молекул контролируемых газов мембрану. Молекулы газа, проникая в электролит сквозь мембрану, сдвигают динамическое равновесие, вследствие чего изменяется разность потенциалов между электродами, вызывая возникновение электрического тока в цепи.

В газоанализаторах АО «Оптэк» используются амперометрические сенсоры на основные загрязняющие компоненты воздуха, такие как CO, NO, NO₂, SO₂, H₂S, Cl₂, NH₃.

Простейший газовый электрохимический сенсор состоит из двух электродов – чувствительного электрода и противоэлектрода. Электроды помещены в пластиковый корпус, снабженный выводными контактами и калиброванным капиллярным отверстием для входа анализируемого газа.  В качестве электролита – переносчика ионов между электродами, – часто используется концентрированная серная кислота (в других сенсорах используется органический электролит).

Например, в сенсоре на угарный газ СО протекают следующие электрохимические реакции:

Чувствительный электрод:  CO + H₂O -> CO₂ + 2H⁺ + 2e^-

Противоэлектрод:                ½O₂ + 2H⁺ + 2e^- -> H₂O

Суммарная реакция:            CO + ½O₂ -> CO₂

     Важным элементом газового электрохимического сенсора является калиброванное входное отверстие закрытое мембраной, ограничивающее поток газа внутрь сенсора к чувствительному электроду, играющей роль диффузионного барьера.   Благодаря использованию диффузионного барьера все молекулы измеряемого вещества количественно вступают в электрохимическую реакцию на чувствительном электроде и, таким образом, позволяют использовать прямую линейную зависимость тока от концентрации измеряемого компонента.

     Дальнейшее развитие конструкции электрохимических сенсоров выражается в использовании дополнительных электродов: электрода сравнения и вспомогательного электрода.  Установка стабильного потенциала на электроде сравнения позволяет избежать эффекта поляризации противоэлектрода в зависимости от концентрации ионов. Это достигается благодаря поддержанию  постоянной разности потенциалов между чувствительным электродом и электродом сравнения.  Вспомогательный электрод позволяет избежать влияния мешающих компонентов на результат измерения (например, при измерении угарного газа CO в присутствии водорода H₂).  Сигнал от вспомогательного электрода, чувствительного только к водороду,  вычитается из полезного сигнала.

     Широкое использование электрохимических сенсоров в газоанализаторах обусловлено простотой их обслуживания, ценой и широким спектром измеряемых компонентов.  Однако для некоторых электрохимических сенсоров недостатком является их неполная селективность к измеряемому компоненту, что вынуждает производителей газоанализаторов использовать фильтры на мешающие компоненты, использовать «матрицы» из нескольких сенсоров для учета перекрёстного влияния.