1UVOD1.1. PRINCIPI RADA ANALIZATORA1.1.1. Mjerenje i kvalitetKvalitet proizvoda podrazumijeva skup fizickih i hemijskih svojstava koja se manifestuju tokom izrade i upotrebe proizvoda. Iz prakticnih razloga kvalitet se uze definise kao kvantitativna karakteristika jednog ili nekoliko svojstava. Pokazatelji kvaliteta dobijaju se mjerenjem, proracunom ili ekspertnim postupkom. Za savremene proizvode trazi se visok kvalitet, sa karakteristikama koje su zbog jedinstvenosti i ispravnosti u medjunarodnim razmjerama strogo standardizovane, pa mjerne metode kao najegzaktnije imaju poseban znacaj.Kontrola kvaliteta ranije se pretezno obavljala u labora- torijama, izvan procesa proizvodnje (offline), tako da su informacije o kvalitetu stizale u diskontinuitetu i sa izvjesnim kasnjenjem u odnosu na stvarno stanje. Ovaj klasicni nacin jos uvijek se provodi. Medjutim, za automatizovanu proizvodnju veci znacaj ima kontinualna kontrola kvaliteta sirovina, poluproizvoda i finalnih proizvoda, a takodjer i otpadnog materijala radi zastite ljudi, opreme i prirodne sredine. Kod takve kontrole sistem za indikaciju, registraciju i upravljanje kvalitetom sastavni je dio sistema automatskog upravljanja proizvodnjom i informacije stizu u realnom vremenu (online). Zeljeni efekti na kvalitet postizu se: neposredno, tj. automatskim upravljanjem parametara ma- terijala od kojeg je sacinjen proizvod (gustina, vlaznost, viskoznost, koncentracija, sastav); posredno, tj. automatskim upravljanjem tehnoloskih varijabli relevantnih za kvalitet (pomjeraj, brzina, ubrzanje, sila, pritisak, nivo, protok, temperatura).Upravljanje kvalitetom se u oba slucaja odvija po principu negativne povratne sprege i zato sustinski zavisi od karakteristika mjernog uredjaja u povratnoj grani. To znaci da tacnost i rezolucija upravljanja pokazateljima kvaliteta ne mogu biti veci od tacnosti i rezolucije upotrebljenih mjernih uredjaja.1.1.2. Analizatori za upravljanje u realnom vremenuAutomatski analizatori. Mjerenje fizickih varijabli kao posrednih pokazatelja kvaliteta siroko je zastupljeno u tehnickoj praksi. O standardnim mjernim senzorima opste namjene autor je detaljnije pisao u svojoj knjizi Senzori i mjerenja. Predmet ove knjige su senzori koji sluze za automatsko mjerenje fizickih parametara kao neposrednih pokazatelja kvaliteta proizvoda. U osnovi rada ovih senzora je kvantitativna i kvalitativna analiza materijala, pa se zato tradicionalno nazivaju (automatskim) analizatorima.Automatski analizatori kao mjerni uredjaji imaju sve osobine senzora fizickih velicina, ali se od njih znacajno razlikuju po specificnim principima rada, nacinu gradnje, slozenosti strukture, vecem tehnoloskom nivou izrade i po znatno vecoj ceni.Principi rada automatskih analizatora temelje se na primjeni razlicitih fizickih efekata, hemijskih reakcija i kombinovanih fizickohemijskih pojava.Fizicki principi analize zasnivaju se na mjerenju velicina odredjenih fizickih pojava karakteristicnih za mikrostrukturu ispi- tivanog materijala, na primjer: apsorpcija, disperzija ili difuzija elektromagnetskog zracenja, relativna masa cestica i drugo. Za izazivanje i kontrolisanje ovih pojava potrebni su slozeniji mjerni uredjaji u poredjenju sa standardnim senzorima ciji je izlaz pro- porcionalan fizickim velicinama koje reprezentuju makrostrukturu materijala.Hemijske reakcije kao osnova analize sastoje se u izazivanju i pracenju promjene agregatnog stanja, boje, indeksa prelamanja svjetlosti ili neke druge pojave karakteristicne za ispitivanu komponentu. Kvalitativna analiza anorganskih supstanci, tj. odredjivanje njihovog elementarnog hemijskog sastava, najcesce se provodi pomocu reakcije jona jer vecina takvih supstanci sadrzi jonske spojeve lakorastvorljive u vodi. Za kvalitativnu analizu organskih supstanci vaznije je odredjivanje jedinjenja od elementarnog sastava. Izdvajanje cistih jedinjenja postize se hemijskim reakcijama separacije. One su dosta slozene i primjenljive uglavnom u laboratorijkim uslovima, pa fizicke metode, na primjer spektrohemijske, imaju veci znacaj za automatske analizatore. Hemijske reakcije primjenjuju se i za dobijanje produkata ciji se kvantitativni udio moze odrediti gravimetrijskim metodama, vaganjem.Za automatsku kvantitativnu analizu veliki znacaj ima ti- trimetrija, kontrolisano i mjereno dodavanje reagensa analiziranoj supstanci sve dok se ne zavrsi odredjena hemijska reakcija. Na primjer, u rastvor u kome se nalazi komponenta cija se kolicina mjeri dodaje se rastvor poznate koncentracije i tacno odredjene kolicine iz mjerne cjevcice, tzv. birete. Dodani rastvor hemijski reaguje sa mjerenom komponentom, a zavrsetak reakcije utvrdjuje se odgovarajucim indikatorom. Na osnovu kolicine i koncentracije dodanog rastvora racuna se nepoznata kolicina ispitivane kompo- nente.Kada se radi o tacnom mjerenju koncentracije binarnih gasnih smjesa u opsegu 0,199%, primjenjuje se poseban manometarski uredjaj sa balonom u koji se pri konstantnoj temperaturi prvo ubacuje analizirani gas do pritiska p1, onda dodaje referentni gas do pritiska p2 i na kraju racuna koncentracija pomocu relacijepC =1p1 +p2

100%.(1.1)Kombinacija hemijskih reakcija i fizickih principa cesto se primjenjuje kao osnova analize. Obicno se analizirani materijal podvrgava odredjenoj hemijskoj reakciji, a velicine koje karakterisu produkt reakcije mjere se na osnovu fizickih principa. Tipican primjer su analizatori za mjerenje malih koncentracija zapaljivih gasova.Tehnicke karakteristike. Staticke i dinamicke karakteris- tike, pouzdanost, povecanje tacnosti mjernih rezultata i drugi parametri metroloskog kvaliteta za analizatore se definisu na isti nacin kao i za ostale mjerne uredjaje i senzore. U popratnoj dokumentaciji najcesce su specificirani slijedeci parametri: Prag detekcije -najmanja vrijednost mjerenog svojstva izazvanog odredjenom komponentom smjese koja daje vidljivu promjenu izlaznog signala (indikacije); Mjerni opseg -promjena mjerenog svojstva od praga detekcije do maksimalne vrijednosti; Priroda izlaznog signala -kontinualna ili diskretna; Vrijeme odziva T90 -vrijeme od trenutka kada se desi skokovita promjena mjerenog svojstva do trenutka kada indikacija dostigne 90% od krajnje stacionarne vrijednosti; Vrijeme kasnjenja T10 -vrijeme od trenutka skokovite promjene mjerenog svojstva do trenutka kada indikacija dostigne 10% od krajnje stacionarne vrijednosti. Vrijeme porasta Tr (vrijeme opadanja Tf ) -razlika izmedju vremena odziva i vremena kasnjenja (slika 1.1); Ponovljivost -bliskost izmedju odredjenog broja (5-10) sukcesivnihrezultata mjerenja dobijenih na identicnom materijalu pod istim uslovima u kratkom vremenskom in- tervalu, izrazena u procentima mjernog opsega.Za analizatore sa hemijskim reakcijama proizvodjaci u po- pratnoj dokumentaciji cesto daju dodatne podatke kao sto su vrijeme u toku kojeg se moze ocuvati stabilan izlaz, vrijeme potrebno za dovodjenje analizatora u radno stanje nakon ukljucivanja, vrijeme zagrijavanja, vrsta i kvalitet reagenata i drugo.a) b)Slika 1.1. Odziv analizatora na skokovitu promjenu mjerenog svojstva: a) odziv na pozitivnu promjenu, b) odziv na negativnu promjenu1.2. KLASIFIKACIJA ANALIZATORAAnalizatori imaju izvanredan kvalitet tehnickih karakteris- tika (linearnost, osjetljivost, brzina odziva, odnos signal / sum), visoku pouzdanost (mali intenzitet otkaza, dugovjecnost, neosjetljivost na vanjske uticaje) i prave se uz primjenu novih materijala i tehnologija. Razvoj analizatora odvija se u nekoliko dominantnih pravaca: minijaturizacija i veci stepen integracije dijelova; realizacija visestrukog djelovanja (na primjer, istovremena detekcija razlicitih komponenata); prosirivanje funkcionalnih mogucnosti na bazi povezivanja sa mikroprocesorom; povecanje stepena automatizacije, odnosno sposobnosti za obradu mjernih informacija.U tehnickoj praksi danas se primjenjuje veliki broj razlicitih automatskih analizatora. U tabeli 1.1 data je klasifikacija analizatora na osnovu slijedecih kriterija: vrsta izvora eksterne energije kojom se djeluje na ispitivani materijal, princip rada, nacin uzimanja uzorka, vrsta mjernog medija, namjena i primjena. Treba istaci da navedeni kriteriji omogucavaju da se napravi podjela analizatora u odnosu na jedno odredjeno svojstvo, dok podjela na bazi pojava koje nastaju kao rezultat interakcije vanjskog izvora energije i ispitivanog materijala ima sveobuhvatniji, sistemski karakter.Elektromagnetsko zracenje. Interakcija elektromagnetskog zracenja sa ispitivanim materijalom javlja se zbog apsorpcije zracenja i emitovanja fotona prilikom promjene kvantizovanih stanja elektrona u atomima i molekulima materijala.Elektromagnetsko zracenje lakse prodire u materijal kada ima vecu energiju E, tj. vecu frekvenciju va manju talasnu duzinu (E =hv=hc/ ). Najmanju talasnu duzinu ima zracenje ( =1013 -1011 m) koje prodire do atomskog jezgra, x - zracenje (=1011-108 m) reaguje sa elektronima nizeg energetskog nivoa, ultraljubicasto (=0,1 -0,38 m) i vidljivo zracenje (=0,38 -0,76 m) reaguju sa valentnim elektronima i jakim (kovalentnim) medju-atomskimvezama, infracrveno (=0,76 -50 m) i mikrotalasno zracenje =50 m -0,3 m) reaguju sa slabim (jonskim) medju-atomskim vezama i sa vibracionim i rotacionim kretanjem molekula.Analiza materijala provodi se mjerenjem parametara emito- vanog, reflektovanog, transmitovanog ili difrakcionog zracenja.KRITERIJ KLASIFIKACIJETIP ANALIZATORAOSNOVNE OSOBINE

IZVOR VANJSKE ENERGIJEELEKTROMAG- NETSKO ZRACENJEHEMIJSKI AFINITETELEKTRICNO ILI MAGNETSKO POLJETERMICKA ILI MEHANICKA ENERGIJAInterakcija elektromagnetskog zracenja i uzorka. Mjere se parametri emisije, apsorpcije, refleksije i difrakcije zracenja.Interakcija uzorka i drugih materijala (reagensa) putem hemijskih reakcija. Mjere se parametri pro- dukta, potrosnja uzorka i reagensa, oslobodjena toplota ili elektricni potencijal rastvora.Interakcija elektricnog ili magnetskog polja sa uzorkom. Mjere se parametri elektricnog kola u koje je ukljucen uzorak.Interakcija uzorka i dovedene termicke ili mehanicke energije. Mjeri se ucinjeni rad, razmijenjena energija ili promjena fizickog stanja.

PRINCIP RADAFIZICKIHEMIJSKO-FIZICKI HEMIJSKIPrincip djelovanja: mehanicki, difuzioni, akusticki, termicki, aerosolni, apsorpcioni, magnetski, jonizacioni, radioaktivni, spektrometarski (opticki, infracrveni, ultraljubicasti, rendgenski).Princip djelovanja: elektrohemijski, termohemijski, emisioni, jonizacioni, hemiluminiscentni.Princip djelovanja: volumetrijski, titrimetrijski, manometarski.

NACIN UZIMANJA UZORKAKONTINUALNI CIKLI^KIOn-line analiza.Instrument je neprekidno ukljucen na instalaciju, ali je uzorkovanje materijala povremeno.

MJERNI MEDIJTECNIGASNIAnalizatori tecnosti.Analizatori gasova (gazoanalizatori).

NAMJENAPARAMETARSKIANALIZATORI KONCENTRACIJEANALIZATORI SASTAVAMjerenje fizickih svojstava (parametara) uzorka: gustina, vlaznost, viskoznost.Mjerenje koncentracije binarnih i pseudobinarnih smjesa.Mjerenje sastava visekomponentnih smjesa metodama razdvajanja (hromatografija, masena spektrometrija, rektifikacija) i viseparametarskim metodama.

PRIMJENAINDUSTRIJSKILABORATORIJSKIStandardne konstrukcije, sa varijacijama u skladu sa specificnim zahtjevima pojedinih oblasti primjene.Specijalne konstrukcije sa poboljsanim metroloskim karakteristikama.

Tabela 1.1. Klasifikacija automatskih analizatoraHemijski afinitet oznacava silu sa kojom se spajaju hemij- ski elementi, odnosno silu sa kojom se atomi drze zajedno u molekulu. Dvije supstance sa poznatim odnosom i termodinamickim stanjima stupaju u odnose, zavisno od uzajamnog afiniteta.Analizator se pravi tako da se mjeri rezultat reakcije u odnosu na uzorak, potroseni reagens, kolicinu produkta, oslobodjenu termicku energiju ili u odnosu na dostignuto stanje ravnoteze.Energija elektricnog ili magnetskog polja. Interakcijom elektricnog ili magnetskog polja sa ispitivanim materijalom nastaje jonizacija ili polarizacija. Da bi doslo do interakcije neophodno je da uzorak bude dio elektricnog (magnetskog) kola.Analiza uzorka provodi se mjerenjem struje, napona ili promjene fluksa kola.Termicka ili mehanicka energija. Interakcija ovih oblika energije i analiziranog materijala manifestuje se na makro planu. Termodinamicko stanje uzorka zavisi od fizickog stanja i kolicine energije, sto omogucava identifikaciju na osnovu mjerenja temperature kljucanja ili zamrzavanja, na osnovu kvantitativnih svojstava izdvojenih frakcija ili na osnovu razlicitog termickog kretanja molekula (promjene toplotne provodnosti). Interakcijom mehanicke energije i uzorka nastaje rad, cijim se mjerenjem mogu odrediti odredjena svojstva uzorka, na primjer viskoznost.1.3. STRUKTURA AUTOMATSKIH ANALIZATORAUzorak nije dio analizatora u doslovnom smislu, ali je bitan za njegov rad. Na osnovu rezultata analize uzorka donosi se zakljucak o sastavu ispitivanog materijala, pa je zato neophodno obezbijediti reprezentativan uzorak. Uslovi koji se pri tome postavljaju odrazavaju se na nacin gradnje, staticke i dinamicke karakteristike i cjelokupan rad analizatora.Za cvrste materijale uzorak se uzima u tankom sloju dovoljne debljine da sloj zadrzi gustinu, vlaznost i druge karakteristike ispitivanog materijala.Za tecnosti i gasove uzorak moze da se uzima kontinualno samo ako je vremenska konstanta analizatora manja od vremenske konstante koja se odnosi na dinamiku mjerenih parametara. U suprotnom slucaju uzorak se uzima ciklicki, kao odredjena porcija volumena ili (rijetko) mase.Na mjestu uzorkovanja materijal treba da bude dobro izmijesan da mjereni parametri ne bi zavisili od prostornih koordinata. Cesto je neophodno da se uzorak ocisti od nepozeljnih primjesa koje mogu da uticu na rezultate analize, ili da se dovede na odredjeni pritisak, temperaturu, protok, ili da se doda izvjestan reagens. Uzorak se do mjesta gde se vrsi analiza najcesce vodi pomocu cijevi male duzine da bi se smanjilo vrijeme transportnog kasnjenja, a time i ukupno vrijeme analize.Struktura automatskih analizatora. Osnovne cjeline od kojih je sastavljen automatski analizator su sistem za uzorkovanje, linija za transport, analiticka celija i formator izlaza (slika 1.2).Slika 1.2. Strukturna blok-sema automatskog analizatoraSistem za uzorkovanje sastoji se od cjevaste sonde za uzorkovanje i uredjaja za primarnu obradu kao sto su filter, reduktor pritiska, izmjenjivac toplote, kondenzator, protokometar.Linija za transport sluzi za prijenos uzorka od sonde do analizatora.Analiticka celija je analizator u uzem smislu jer se tu vrsi analiza. Ako je analizator ciklickog tipa, na njegovom ulazu nalazi se dozator, uredjaj koji u odredjenim vremenskim intervalima iz toka analiziranog materijala propusta uzorak uvijek istog volumena ili mase. Kontinualni analizatori umjesto dozatora imaju sistem za regulaciju kojim se stabilise potrebno proticanje uzorka.U uredjaju za procesiranje djeluje se na uzorak vanjskom energijom i reagensima radi stvaranja i odrzavanja fizickih i hemijskih procesa neophodnih za analizu. Prema tipu procesa odredjuju se princip rada i naziv analizatora. Vrijednosti velicina i parametara karakteristicnih za analizirani proces detektuju se odgovarajucim senzorima sa elektricnim izlaznim signalom.Formator izlaza je uredjaj za zavrsnu obradu signala koji dolaze iz senzora. Obim proracuna i oblik prikaza izlaznog dokumenta zavise od slozenosti informacionih parametara (amplituda signala, frekventni spektar, broj komponenata i drugo). Za ove namjene pogodno sredstvo je programabilni mikroprocesorski kontroler koji osim proracuna i formiranja zavrsnog dokumenta upravlja radom analizatora.1.4.

PRIKLJUCIVANJE ANALIZATORANacin prikljucivanja analizatora na mjerno mjesto u tehnoloskom procesu zavisi od mnogih faktora od kojih su najvazniji: agregatno stanje analiziranog materijala (gas, tecnost); karakteristike tehnoloskog procesa (temperatura, pritisak, prisustvo prasine i vodene pare); konstrukcija sonde; princip rada analizatora.Beskontaktni nacin je najprostiji -analizirani materijal ne uvodi se u analizator, pa sonda i cijevi za transport nisu potrebni. Analiza se provodi na osnovu apsorpcije ili refleksije elektromagnetskog zracenja, pri cemu zracenje moze da potice bilo od analiziranog materijala bilo od posebnog izvora (slika 1.3.a,b).a) b)c)Slika 1.3. Jednostavni nacini prikljucivanja: a) beskontaktni sa materijalom koji zraci, b) beskontaktni sa posebnim izvorom zracenja, c) direktniDirektno prikljucivanje podrazumijeva da je senzor anali- zatora postavljen neposredno u tok analiziranog materijala, tako da nije potreban sistem za uzorkovanje (slika 1.3.c). Ovaj elegantni nacin ima ogranicenu primjenu jer je jos uvijek mali broj senzora sa kojima je moguce direktno mjeriti fizicko-hemijske parametre materijala. Kao primjer moze se navesti automatski analizator sastava binarnih i pseudobinarnih smjesa sa kapacitivnim ili otpornickim senzorom, odnosno analizator sadrzaja vode u benzinu ili u vazduhu. Veliki istrazivacki napori ulazu se u razvoj biosenzora, poluprovodnickih i optoelektronskih senzora koji omogucavaju direktna mjerenja.Prikljucivanje sa povratnim vodom primjenjuje se za otrovne i zapaljive gasove i tecnosti koji se ne smiju ispustati u okolinu. Povratni vod omogucava da se uzorak nakon analize vrati nazad u proces. Stalni protok fluida kroz povratni vod smanjuje transportno kasnjenje i sprecava zacepljenje instalacije.Kada je fluid pod pritiskom (p>pa ), protok kroz povratni vod omogucava se ugradnjom mjerne prigusnice u glavni cjevovod (slika 1.4.a). Analizator je smesten u neposrednoj blizini cjevovoda jer je diferencijalni pritisak na prigusnici mali i ne bi mogao da odrzi protok u duzem povratnom prikljucnom vodu. Medjutim, procesni pritisak moze da bude visok i na pozitivnom i na negativnom kraju prikljucka, pa je zbog sigurnosti cjelokupna mjerna instalacija (povratni vod, filter, regulator protoka) dimenzionisana na vrijednost pritiska vecu od procesnog. Odrzavanjem konstantnog protoka i odstranjivanjem nepozeljnih cestica postize se stabilniji rad i tacniji rezultat.Kada je pritisak fluida manji od atmosferskog (p(pa ), za uzimanje uzorka i odrzavanje protoka neophodna je pumpa ili aspirator (slika 1.4.b).a) b)Slika 1.4. Prikljucivanje sa povratnim vodom: a) procesni pritisak veci od atmosferskog, b) procesni pritisak manji od atmosferskogPrikljucivanje sa vanjskim ispustom primjenjuje se kada je dozvoljeno da se materijal iza analizatora ispusti u atmosferu, kanalizaciju ili poseban rezervoar. Tipicna mjerna instalacija za fluid na pritisku p>pa sastoji se od filtera, reduktora pritiska, regulatora protoka i analizatora sa ispustom (slika 1.5.a).Prilikom redukcije pritiska gasovi ekspandiraju i hlade se, te dolazi do djelimicne kondenzacije prisutnih para. Zato se u mjernu instalaciju ugradjuje rezervoar u kome se sakuplja kondenzat.Za gas sa p(pa postavlja se pumpa ili aspirator, slicno kao na odgovarajucoj semi sa povratnim vodom.Kombinovano prikljucivanje cesto se susrece u praksi jer omogucava da se iskoriste dobre strane sema sa povratnim vodom i sema sa vanjskim ispustom (slika 1.5.b).p>pap>paFILTER

FILTERREDUKTOR PRITISKAKONDEN- ZATOR

REGULATOR PROTOKA

ANALIZATORISPUST

IZLAZ

ANALIZATORISPUST

IZLAZa) b)Slika 1.5. Prikljucivanje analizatora: a) sa vanjskim ispustom, b) kombinovano1. 5. SISTEM ZA UZORKOVANJESonda za uzorkovanje pravi se kao cijev jer se to pokazalo najprikladnije za dobijanje reprezentativnih uzoraka tecnosti i gasova. Cijev je u stalnom kontaktu sa procesom, pa se zato pravi od materijala koji omogucavaju dugovjecan rad u uslovima mehanickog i toplotnog naprezanja, a cesto i jakog hemijskog djelovanja. Preporuke proizvodjaca su dragocjene za pravilan izbor cijevi.Cijevi se najcesce prave od metala. Metalne nehladjene cijevi (d=25 mm) od zeljeza ili celika pogodne su za temperature do 350 C, a zbog oksidacije na visim temperaturama (350-1100 C) cijevi se prave od specijalnih nehrdjajucih celika. Metalne cijevi sa vodenim hladjenjem sprecavaju hemijske reakcije izmedju komponenata uzorka u toku prolaska kroz cijev. Tipicna sonda ovog tipa pravi se kao cijevni izmjenjivac toplote duzine 1-4 m i vanjskog precnika do 40 mm.Hemijski izdrzljive cijevi na visim temperaturama obicno imaju manju mehanicku cvrstinu od metalnih. Prave se od borsilikatnog stakla (do 450 C), silikatnog stakla (do 950 C), keramike (do 1400 C) i rekristalizovanog aluminijuma (do 1 900 C).Filter kao dio sistema za uzorkovanje moze da ima raznoliku konstrukciju, ali je bitno da li je postavljen u tehnoloskom procesu ili izvan njega.Unutrasnji filter se ugradjuje na ulaznom dijelu sonde cime se sprecava njeno zacepljavanje i omogucava povremeno izgaranje natalozenih cestica, narocito na visim temperaturama kada je oksidacija izrazenija. Sonda treba da je dovoljno dugacka da se filter moze postaviti na mjesto sa stacionarnim protokom gasa. Vertikalna ugradnja sonde i filtera se ne preporucuje zbog kondenzata. Uobicajena je horizontalna ugradnja, zapravo ugradnja pod malim uglom koji omogucava da se kondenzat lako odvoji od uzorka (slika 1.6.a). Sa vanjske strane sonde skoro uvijek postoji rezervni izlaz, odakle se po potrebi uzima uzorak za laboratorijska ispitivanja ilicisti cijev. Patrone filtera su od poroznih materijala kao sto su kompozitni aluminijum, keramika ili silicijum-karbid.a) b)Slika 1.6. Filter: a) vanjski, b) unutrasnjiVanjski filteri prave se od papira, drvene pilotine, azbesta, staklene i terilenske vune, PVC granula i drugog (1.6.b). Izbor materijala zavisi od temperature, pritiska i vlaznosti uzorka, velicinecestica koje treba odstraniti i radnih uslova. Prednosti vanjskih filtera su jednostavnost kontrole, ciscenja i zamjene.Vremenom se na filteru nataloze cestice i uzorak sve teze prolazi kroz filter. Zato je neophodna redovna kontrola ispravnosti filtera, ciscenje ili zamjena. Pad pritiska na filteru usljed taloga moze da posluzi kao informacija za indikaciju o njegovoj zasicenosti.Izmjenjivac toplote sluzi za grijanje ili hladjenje uzorka. Najpogodniji su cijevni izmjenjivaci toplote, pri cemu se za hladjenje obicno upotrebljava voda, a za grijanje topla voda ili vodena para (slika 1.7.a). Duzina izmjenjivaca je do 400 mm da bi se dobila potrebna povrsina za razmjenu toplote, vanjski precnik je 20-60 mm, debljina zidova cijevi je oko 1 mm i radni pritisak do 10-15 bar. Izmjenjivaci sa elektricnim grijacima imaju manje dimenzije i manju vremensku konstantu.a)b)Slika 1.7. Pomocni elementi sistema za uzorkovanje: a) cijevni izmjenjivac toplote,b) aspiratorAspiratori i vakuum pumpe sluze za usisavanje gasa koji je na potpritisku. Ugradnja pumpi je jednostavna, ali rad motora moze da stvori nepozeljne pulsacije koje se otklanjaju posebnim prigusivacima.Hidraulicki aspiratori su povoljniji jer kod njih nema motora. Tipican aspirator je Venturijeva sisaljka sa dovoljno velikom redukcijom pritiska da omoguci isisavanje uzorka i prolaz kroz filter i analizator. Voda tece niz gornju cijev, prolazi kroz suzenje i izlazi kroz donju cijev u atmosferu. Pogodnim odnosom povrsina poprecnog presjeka suzenja i izlaza moze se na mjestu prikljucenja mjerne instalacije dobiti potpritisak u odnosu na mjesto odakle se uzima uzorak, koji je dovoljan za obezbjedjivanje potrebnog protoka kroz filter i analizator (slika 1.7.b).Umjesto vode mogu da se upotrebe komprimirani vazduh ili vodena para. Kada je radni pritisak analizatora veci od atmosferskog, aspirator se ugradjuje ispred analizatora. U tom slucaju neophodan je separator gasa i napojne vode.Separatori (dehidratori) odstranjuju kondenzat ili vodenu paru radi dobijanja suhog gasa. Konstrukcija separatora zavisi od pritiska i temperature uzorka i kolicine vlage koju treba odstraniti. Separacija se obavlja hemijskim postupcima, adsorpcijom, kondenzacijom i difuzijom.Hemijska separacija je postupak izdvajanja vode iz uzorka pomocu spojeva koji u kontaktu sa vodom formiraju produkt koji ne djeluje na uzorak. Najvise se upotrebljavaju dehidrirani fosfor-oksid P2O5, kalcijum-hidroksid KOH, magnezijum-perhlorat Mg(ClO4)2, sumporna kiselina H2SO4, kalcijum-sulfat CaSO4, granulasti kalcijum-hlorid CaCl2. Efikasnost hemijskih separatora izrazava se koncentracijom zaostale vode u suhom zraku i krece se u intervalu 0,02-1500 mg/m3. Efikasnost se smanjuje sto god je zasicenost separatora vodom veca, pa tako maksimalna apsorpcija za CaSO4 iznosi 3-4%.

a)b)c)Slika 1.8. Separacija vodene pare: a) U-cijev, b) zatvorena posuda,c) centrifugalni separatorAdsorpcija je fizicki postupak vezivanja vode na povrsini materijala, tzv. adsorbenata. To su pretezno tvrdi materijali koji su hemijski inertni, sa izrazenom supljikavoscu, tj. velikom specificnompovrsinom. Regeneracija se obavlja zagrijavanjem. Najpoznatiji adsorbenti su amorfni silicijum silika-gel sa potencijalom adsorpcije vode 20-25%, aktivni aluminijum, ugljen i porozni keramicki materijali sa porama do 3 nm.Kondenzacija vodene pare je tehnicki najstariji nacin njenog izdvajanja. Provodi se pomocu kondenzatora koji je ohladjen na temperaturu od nekoliko stepeni iznad 0 C. Za uzorak na malom relativnom natpritisku do 10 kPa kondenzat se vrlo efikasno otklanja pomocu obicne U-cijevi (slika 1.8.a). Za vece pritiske U-cijev je neprakticna zbog velike duzine krakova, pa se upotrebljava zatvorena posuda sa otvorom za povremeno ispustanje kondenzata (slika 1.8.b).Za hromatografe, infracrvene i paramagnetske analizatore potreban je potpuno suh gas. On se dobija centrifugalnom separacijom pomocu centrifuge u koju se ubacuje vlazni gas pod pritiskom do 4 bara. Rasprsena tecnost i cestice prasine zahvacene rotacionim kretanjem deponuju se na unutrasnjem zidu centrifuge, cijede se na resetkasto dno i izlaze na ispust, a suhi gas odlazi u analizator (slika 1.8.c).METODA SELEKCIJEMETODA SEPARACIJEINSPEKCIJAPOSEBNI ZAHTJEVIFILTRACIJA

HEMIJSKIDAODSTRANJIVANJE PRODUKTAPOSLIJE SEPARACAIJE

ADSORPCIJADAREGENERACIJA ADSORBENTAPOSLIJE SEPARACAIJE

T >0 C

KONDENZACIJA

T (0 CDAODSTRANJIVANJE LEDA

DIFUZIJAPRIJE SEPARACIJE

Tabela 1.2. Metode separacijeDifuzija je postupak separacije pomocu polupropusnih membrana, koje odvajaju vodenu paru kada se ona krece iz podrucja sa vecim ka podrucju sa manjim parcijalnim pritiskom.U tabeli 1.2 prikazan je sumarni pregled metoda separacije i kriteriji njihove selekcije.Linija za transport uzorka sastoji se od cijevi, ventila, uredjaja ze regulaciju protoka ili pritiska i pumpe. Zastupljenost pojedinihelemenata i nacin izrade zavisi od konkretnih uslova primene. S tim u vezi postoji nekoliko osnovnih zahtjeva: Na cijeloj liniji ne smije biti curenja uzorka u okolinu niti prodiranje vanjskog zraka; Materijali od kojih se pravi linija treba da su hemijski neutralni u odnosu na uzorak (u tabeli 1.3 navedeni su materijali koji se preporucuju za odredjene gasove); Ventili i spojna mjesta treba da imaju sto manje dzepove u kojima se zadrzava vlaga ili zrak; Ciscenje linije provodi se produvavanjem gasa za ciscenje, prema uputstvu proizvodjaca.UZORAK MATERIJALRIJETKI GASOVIO2SO2UGLJOVO- DONICICO CO2Cl2 (SUHI)NO NO2H2S

BAKAR/ BRONZA++-++--

NERDJAJUCI CELIK++++++

STAKLO++++++++

PRIRODNA GUMA----- ---

POLIMERI++

ALUMINIJUM++++

+preporucuje se; -ne preporucuje se; moze se upotrijebiti pod odredjenim uslovimaTabela 1.3. Materijali za cijevi za transport uzorkaUzorkovanje u vise tacaka primjenjuje se kada se zbog ekonomicnosti pomocu jednog analizatora nadgleda vise tacaka procesa. Programator postavljen u komandnoj prostoriji otvara odgovarajuci elektromagnetski ventil u skladu sa programom. Obicno postoji mogucnost da se prikljucivanje pored automatskog odvija i rucno (slika 1.9.a).Efikasnost uzorkovanja u vise tacaka jako zavisi od tipa pisaca koji je povezan sa analizatorom. Na primjer, ako su brzina kretanja papirne trake 5-10 cm/h i minimalna duzina zapisa zbog citljivosti 1 cm, tada se prekljucivanjem moze nadgledati najvise 5-10 tacaka (12-5 minuta po jednom intervalu). Pomocu pumpe moze se obezbijediti veci protok uzorka i time smanjiti vrijeme izmedju dva sukcesivna prikljucivanja na svega 5 s. Ovaj nacin primjenjuje se kod brzih automatskih analizatora (slika 1.9.b).

Slika 1.9. Uzorkovanje u vise tacaka: a) prikljucivanje analizatora na visekanalni pisac, b) uzorkovanje sa brzim analizatoromLITERATURA1. D.H.Considine: Process instruments and controls handbook, McGraw Hill, New York, 1974.2. Gas analysis vocabulary, ISO 6712, 1982.3. E.B.Jones: Instrument technology, Vol.2, Online analysis measurements, NewnesButterworths. London, 1976.4. H.E.Soisson: Instrumentation in industry, John Wiley & Sons, New York, 1975.5. H.N.Norton: Handbook of transducers, Prentice Hall, Englewood Cliffs, 1989.6. M.Medenica, D. Male{ev: Eksperimentalna fizi~ka hemija i instrumentalne metode, BIGZ, Beograd, 1994.7. N.G.Farzane, L.V.Iljasov, A.J.Azimzade: Tehnologi~eskie izmerenija i pribory, Vys{aja {kola, Moskva, 1989.8. D.A.Skog, F.J.Holler, T.A.Neiman: Instrumental Analysis, (5th ed), Sanders College Publishing, 1998.9. ColeParmer Instrument Company 9798, catalog, Vernon Hills, Il., USA, 1997.