В настоящее время существует значительное число методик анализа кислорода в газовой смеси. В статьях о капнометрии мы описали технологию мультигазовых анализаторов, в частности, масс-спектрометрию и газовый анализ на основе рамановской технологии, позволяющих применять их и для определения концентрации кислорода.
Парамагнитный кислородный анализатор
В основу проектирования парамагнитных кислородных сенсоров положен следующий постулат: кислород обладает свойством парамагнетизма. Это значит, что его молекулы способны намагничиваться в направлении по полю и вследствие этого притягиваться к полюсам магнита. При температуре 70°С (точка Кюри) кислород превращается в диамагнетик, и его молекулы отталкиваются магнитным полем. Для построения кислородных датчиков используются оба эти свойства кислорода.
Исторически первым, нашедшим широкое применение в медицинской практике, был магнитоакустический способ, использованный фирмой Datex (Финляндия) для разработки кислородного сенсора в начале 80-х годов. Этот способ заключается в том, что анализируемая и эталонная пробы газа помещаются в переменное магнитное поле. Поле навязывает молекулам кислорода дополнительную составляющую скорости. Формируется акустический сигнал, интенсивность которого пропорциональна концентрации кислорода.
Переменное магнитное поле возбуждает акустический сигнал в анализируемой пробе и эталонном газе. На измерительную мембрану микрофона одновременно воздействуют оба акустических сигнала. Мембрана выделяет разностный сигнал. Амплитуда разностного сигнала микрофона пропорциональна отличию концентраций кислорода в пробе и эталонном газе. В качестве эталонного газа используется воздух, содержащий 20,93% кислорода.
Достоинства датчика:
• не требует для работы расходных материалов,
• время реакции порядка 0.15 сек.
Недостаток: ремонт и настройка датчика сложны и могут быть выполнены только с использованием специального оборудования.
Другой способ использования парамагнитного эффекта применяется в термомагнитных кислородных анализаторах. В них молекулы кислорода нагреваются платиновой спиралью до температуры 70-75°С (выше точки Кюри), при которой они становятся диамагнетиками и резко меняют поведение в магнитном поле. Возникает передвижение нагретых молекул кислорода (термомагнитная конвекция).
Измерительным элементом является платиновая спираль, через которую проходит электрический ток. Сила тока пропорциональна количеству затраченного тепла на нагревание кислорода и косвенно пропорциональна концентрации кислорода.
Такие датчики просты по конструкции, надежны и долговечны, но инерционны (время их реакции около 30 сек.).
