- 1 - Chương 15: Thiết bị quang điện phân tích Để sử dụng có hiệu quả thiết bị quang điện cần phải có phương pháp phân b ố định lượng điều đặn vào vùng hồ quang, hoặc vào vùng tia l ửa điện, cho phép tiến hành phân tích với độ phơi sáng nào đó trong một đơn vị thời gian phải bảo đảm có cường độ vạch phổ cần thiết. Trong cùng một khoảng thời gian đốt cháy mẫu dầu số lượng ánh sáng chiếu vào ống điện quang tỷ lệ với hàm lượng yếu tố phân tích. Để thiết bị lượng tử kế có độ cảm quang cao, người ta sử dụng thiết bị nhân điện quang và sơ đồ khuếch đại tương ứng tạo kh ả năng phân tích hàm lượng tạp chất nhỏ nhất chỉ vào khoảng 3 – 5 g/l trong ch ế độ đốt mẫu bằng hồ quang. Sai số bình phương trung bình c ủa 40 lần thí nghiệm phân tích một mẫu dầu không v ượt quá ± 13%. Công trình nghiên cứu của K.Kahsnitz (Đức) đã gi ới thiệu kết cấu và nguyên lý hoạt động của thiết bị lượng tử kế có điện cực quay dùng để xác định kim loại hoặc các yếu tố khác trong dầu mỏ, đặc biệt là trong dầu nhớt. Đồng thời K.Kahsnitz c ũng đã nghiên cứu đến ảnh hưởng của hàm lượng và tác dụng t ương hỗ của các thành phần đến kết quả phân tích. Sai lệch không l ớn hơn 7%. Thời gian phân tích có kể cả giai đoạn chuẩn bị mẫu dầu và tính toán nhanh, không quá 7 ph. Tổng hợp nhiều kết quả nghiên cứu và thực nghiệm đã cho thấy rằng phương pháp tiên tiến nhất đốt cháy mẫu dầu để phân tích nhanh b ằng điện quang phổ là phương pháp dùng đĩa điện cực quay - 2 - nhúng trong dầu. Phương pháp này còn có nhược điểm là phải sử dụng chế độ phóng điện gián đoạn, vì nếu đốt cháy mẫu dầu bằng hồ quang (phóng điện liên tục) sẽ làm mẫu dầu bị nóng lên và thiết bị sẽ rất bẩn. Để xác định yếu tố hàm lượng thấp thì chế độ phóng điện liên t ục bảo đảm có độ nhạy và độ ổn định cao hơn. - 3 - Ngoài ra thiết bị điện quang дФC-10 và MФC-2 khi chế độ phóng điện gián đoạn sẽ không ghi được trị số hàm lượng thấp của các tạp chất trong dầu. Phương pháp này ngày m ột hoàn thiện hơn. Hình 2.7: Sơ đồ nguyên lý, phương pháp đốt cháy mẫu dầu trong chế độ hồ quang đ i ện: 1- đĩa điện cực than dưới; 2- điện cực than trên; 3- ph ễu hình nón; 4- b ể chứa dầu; 5- động cơ điện; 6- ống thổi không khí; 7- b ộ góp; 8- gi á đỡ; 10- tr ục đĩa điện cực; 11- khung b ằng chất dẻo. - 4 - Hình 2.7 động cơ điện làm quay đĩa này tiếp xúc với dầu chứa trong m ột bể nhỏ, dầu được định lượng điều đặn trong khoảng giữa hai điện cực. Để nâng cao độ nhạy, độ ổn định và biền vững của việc phân tích quang phổ người ta dùng cách đốt mẫu dầu trong dòng không k hí. Để nhằm mục đích đó người ta đã tăng độ thông gió bằng cách đưa gần phễu hình nón hứng lấy dòng không khí và sản vật cháy từ buồng khí đi ra. Dòng không khí từ vòi thổi hướng thẳng vào khe h ở giữa hai điện cực làm nguội đĩa điện cực và mẫu dầu, đẩy sản vật phân ly và đã cháy ra, làm sạch vùng cháy. N ếu được chọn đúng theo mẫu chuẩn thông số về kích thước đĩa điện cực, tốc độ quay, chiều sâu đĩa điện cực nhúng vào dầu, mức độ thông gió và cường độ dòng điện thu có thể liên tục tạo được một màng dầu khô trên mặt đĩa điện cực. Trong thời gian điện cực quay cu ốn dầu lên cho tới khi dầu đi vào vùng có tia lửa điện thì màng d ầu đã được bốc hơi và sây khô do đó sự đốt cháy mẫu dầu diễn ra trong d ạng khô. Đó là cách rất ưu việt đảm bảo nâng cao tính ổn định khí đốt với chế độ phóng điện hồ quang. Đây là chế độ chỉ có th ể thực hiện được khi dùng cách tạo một dòng không khí tuần hoàn c ưỡng bức trong vùng phóng điện. Khi có cường độ dòng điện tại đầu máy phát có thể đạt bằng hoặc lớn hơn 8A. Như vậy bảo đảm đốt cháy màng dầu, đồng thời nâng cao được cường độ quang phổ vạch bảo đảm độ nhiễu xạ khi dùng thiết bị điện quang kiểu дФС- 10 ho ặc MФС-2. Khi áp d ụng phương pháp đốt cháy mẫu dầu trong chế độ hồ quang bằng đĩa điện cực quay có kết hợp sử dụng dòng khí thổi vào vùng đốt cháy, cần chú ý một số điểm đặc biệt có ảnh hưởng đến - 5 - độ ổn định của chế độ làm việc và đến kết quả phân tích đó là: 1) Khi nâng cao cường độ dòng điện thì độ nhạy của việc phân tích s ẽ tăng lên, nhưng khi những thông số khác giữ nguyên (cường độ tuần hoàn của không khí, tốc độ vòng quay của đĩa điện cực) mà tăng quá cao, cường độ dòng điện sẽ dẫn đến hiện tượng làm giảm thấp độ ổn định của kết quả phân tích, do đĩa điện cực bị đốt quá nóng làm t ổn thất dầu ở khay chứa và hình thành đệm khí giữa điện cực - 6 - và bề mặt màng dầu. Tuy có một số dầu ở phía phần dưới đĩa điện cực nhưng không ảnh hưởng đến kết quả phân tích. 2) Khi gi ảm bớt cường độ thông gió cưỡng bức miền hồ quang c ũng tạo khả năng nâng cao phần nào độ nhạy của thiết bị, nhưng khi đó xuất hiện hiện tượng nguy hiểm là hình thành những màng h ơi nước hoặc màng khí bọc điện cực, làm giảm độ ổn định của kết quả phân tích. Ngoài ra, việc giảm cường độ thông gió củng làm điện cực dưới quá nóng và làm sự dẫn dầu vào khe hai điện cực b ị xấu đi. 3) Giảm chiều dày đĩa điện cực khi giữ nguyên tốc độ quay sẽ nâng cao độ nhạy của thiết bị và nâng cao độ ổn định của quá trình phân tích. Khi đó sẽ làm giảm bớt sự sai lệch của tia hồ quang so với trục quang học của thiết bị. Tuy vậy giảm chiều dày đĩa điện cực nhỏ hơn 2 mm sẽ làm bề mặt điện cực bị đốt cháy và làm thay đổi khe hở giữa hai điện cực. Ngoài ra chế tạo đĩa điện cực chi ều dày 1,5 – 2 mm s ẽ có nhiều phế phẩm. 4) Khi đường kính điện cực dưới là 13,5 mm, chiều dày là 3 mm và nâng cao t ốc độ vòng quay lên hơn 8 – 10 vg/ph thì độ nhạy sẽ giảm đi, độ ổn định của kết quả phân tích cũng thấp đi. Vì nh ư vậy là vô tình ta phá vỡ nguyên tắc hồ quang đốt cháy màng dầu đ ã khô (nếu tăng số vòng quay màng dầu di chuyển vào vùng hồ quang nhanh nên chưa kịp khô đã bị đốt cháy), nhưng khi giảm vòng quay nh ỏ hơn 3vg/ph thì đòi hỏi phải kéo dài thời gian đốt, dẩn đến tình trạng d ẩn dầu vào vùng hồ quang bị sấu đi. - 7 - 5) Để kết quả có tính ổn định cao cần phải bảo đảm yêu cầu điện cực luôn luôn tiếp xúc với bề mặt dầu trong suốt giai đoạn phơi sáng. C ũng trong thời gian đó, không được nhúng đĩa điện cực xu ống dầu quá độ sâu 0,5 mm, vì như vậy sẽ làm mẫu dầu bị quá nóng, làm b ắn toé dầu và kết quả kém ổn định. Muốn bảo đảm thu được kết quả tốt khi đốt cháy mẫu dầu bằng điện cực quay, ta cần phải chọn được chế độ làm việc thích hợp nh ất, bảo đảm chế độ ổn định của các chỉ số khi dầu có cùng một trị số hàm lượng tạp chất, phải có phương pháp hiệu chỉnh kết quả phân tích. Yêu c ầu cơ bản để thu được kết quả ổn định là cần phải bảo đảm dầu trong khay chứa có độ nhớt đồng nhất, nhiệt độ và tạp chất phân bố một - 8 - cách đồng điều trên bề mặt điện cực. Có thể bảo đảm được điều này khi đốt sơ bộ trước 20 ph. Trong thời gian đó nhiệt độ dầu tại điểm tiếp xúc với điện cực quay ổn định và trên bề mặt đĩa điện cực hình thành m ột màng dầu khô có chiều dày điều nhau. Mặc dù nhiệt độ ban đầu khác nhau, lúc đó độ nhớt của dầu củng gần như giống nhau do ta c ố định được các chỉ số của sơ đồ ghi khi lặp lại thí nghi ệm nhiều lần một mẫu chẩn và mẫu phân tích với những nhiệt độ ban đầu khac nhau. Màu sắc của hồ quan giai đoạn cuối của nung nóng có thay đổi khi dầu ở dạng lỏng ngừng dẩn vào miền phóng hồ quang thì nguồn sáng phát ra từ chất than sẽ có sắc tím. Khi phân tích d ấn nhớt để so sánh hàm lượng các yếu tố kim loại và phân tích m ẫu các chất ôxít kim loại dạng bột thì căn cứ vào màu s ắc hồ quang ta có thể xác định một cách đúng đắn giai đoạn nung nóng. - 9 - . bằng đĩa điện cực quay có kết hợp sử dụng dòng khí thổi vào vùng đốt cháy, cần chú ý một số điểm đặc biệt có ảnh hưởng đến - 5 - độ ổn định của chế độ làm việc và đến kết quả phân tích đó là: 1). nghiên cứu đến ảnh hưởng của hàm lượng và tác dụng t ương hỗ của các thành phần đến kết quả phân tích. Sai lệch không l ớn hơn 7%. Thời gian phân tích có kể cả giai đoạn chuẩn bị mẫu dầu và tính. - 1 - Chương 15: Thiết bị quang điện phân tích Để sử dụng có hiệu quả thiết bị quang điện cần phải có phương pháp phân b ố định lượng điều đặn vào vùng hồ quang, hoặc vào vùng tia l ửa