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2004 気体検知管ワークショップ(後編)

空気中の水蒸気量をもとに、気体定数を計算で求めてみましょう。

PV=nRT で、
体積 V=1(L)
気温Tは温度計で測って24.5℃ つまりT=297.5(K)

水蒸気()を測定したところ 14mg/L と読めます。

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ただし、水蒸気検知管No.6は温度補正が必要で、説明書にある温度補正グラフをもとに補正してだいたい13g/mLとなります。

すると n=13×10-3/18.0 (mol)

温度 t (℃)における飽和水蒸気圧 Ps (hPa) については Tetensの式があります。
  Ps =  6.1078 x 10^[ 7.5t / (t +237.3)]
そして温度 t(℃)における飽和水蒸気量 W (mg/L) は、次の式で表されます。
  W =  217 × Ps / (t+273.15)
これをもとに、24.5℃ では、Ps =  30.74 hPa 、 W = 22.4mg/L

なので、この気温で、水蒸気量13g/mLのときの水蒸気圧 P は
  30.74 hPa : 22.4mg/L = P hPa : 13g/mL
∴ P = 17.8hPa ⇒1780Pa

P,V,n,T を式に代入すると R=8284 (Pa・L/K・mol)となる。
これは8.31 × 103  というおなじみの値と比べると 有効数字2桁で一致しています。
気温の測定値や温度補正の入った水蒸気量の測定値などを考えれば上出来かと。

高濃度の測定

前編の「試料ガスの必要量」では、測定対象ガスが濃度20%の酸素でしたが、さらに高濃度の100%だったらどうなるでしょうか。検知管も二酸化炭素用ですが2HTという高濃度タイプのものを使います。

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気体の取り込みは気体採取器にいっぱいになるまで続くわけですが、二酸化炭素100%の場合、入ってきた気体は最初は気体検知管にトラップされるので気体採取器には入ってきません。気体検知管中のすべての検知剤が二酸化炭素と反応し(これが「破過」です)、それでも余った二酸化炭素が気体採取器に入って終了となります。動画は気体検知管を直列につないでいますが、二酸化炭素100%のサンプル気体なのでものの見事にすべての気体検知管を破過しています。

これを機に授業でも使ってみようかな…。

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