Способ определения концентрации газовых компонентов в газовоздушной смеси, соответствующей раздражающему действию запаха, и мультисенсорный газоанализатор непрерывного контроля

Способ определения концентрации газовых компонентов в газовоздушной смеси, соответствующей раздражающему действию запаха, и мультисенсорный газоанализатор непрерывного контроля

Реферат

Изобретение относится к технике анализа состава газовых смесей, в том числе содержащих обладающие запахом компоненты, и может быть использовано для определения качественного состава и количественного содержания газов в таких смесях, в том числе и при контроле окружающей среды на наличие предельно допустимых концентраций (ПДК), соответствующих допустимому уровню запаха, обладающих запахом газовых компонентов.

Известен способ определения концентрации газовых компонентов в газовоздушной смеси, содержащей обладающие запахом компоненты, в котором изменяют интенсивность запаха газовоздушной смеси, измеряют концентрацию газовых компонентов в ней при помощи спектрометра, фиксируют определенную интенсивность запаха и концентрацию газовых компонентов при этом, в том числе и соответствующую раздражающему действию запаха (см. патент РФ на изобретение №2332657, МПК G01N 21/63, 2006). К недостаткам известного способа можно отнести возможность определения концентраций относительно небольшого количества газовых компонентов, что обусловлено ограниченными возможностями спектрометра, а также недостаточную достоверность полученных результатов из-за измерения концентрации при помощи только одного сенсора (спектрометра).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ определения концентрации газовых компонентов в газовоздушной смеси, соответствующей раздражающему действию запаха, в котором изменяют интенсивность запаха газовоздушной смеси, одновременно измеряют интенсивность запаха газовоздушной смеси при помощи ольфактометра и концентрацию газовых компонентов в ней при помощи сенсоров, фиксируют концентрацию газовых компонентов, соответствующую раздражающему действию запаха, при интенсивности запаха, соответствующей раздражающему действию запаха, определенной при помощи ольфактометра (см. Оптимизация с.-х. биофильтров для очистки газовых выбросов из животноводческих помещений. Диссертация. (ФРГ). Martinec М. Optimierung von Biofiltern in der Landwirtschaft: Dissertation…-Stuttgart-Hohenheim, 2001. - 170 с.: ил., табл. - (Forschungsber. Agrartechnik des Arbeitskreises Forschung und Lehre der Max-Eyth-Ges. Agrartechnik im VDI; 377). - Нем. - Библиогр.: с.149-156. Шифр Н75-7029377). К недостаткам известного способа также можно отнести возможность определения концентраций относительно небольшого количества газовых компонентов, что обусловлено ограниченными возможностями спектрометра, а также недостаточную достоверность полученных результатов из-за измерения концентрации при помощи только одного сенсора (спектрометра).

Известен мулитисенсорный газоанализатор непрерывного контроля, содержащий сенсоры: полупроводниковый, термокаталитический, электрохимический, фотоионизационный, предварительно прокалиброванные с использованием Государственных стандартных образцов химических веществ, электронный блок обработки измеренных сенсорами сигналов и определения информативных параметров газовой смеси с сигнализатором ПДК (см. патент РФ на изобретение №2274855, МПК G01N 27/416, 2004). К недостаткам известного устройства можно отнести возможность определения концентраций относительно небольшого количества газовых компонентов, что обусловлено ограниченным количеством сенсоров, а также недостаточную достоверность полученных результатов из-за измерения концентрации при помощи ограниченного количества сенсоров. Кроме того, известный газоанализатор не обеспечивает определение и контроль наличия ПДК, соответствующих допустимому уровню запаха, обладающих запахом газовых компонентов, так как при его функционировании не учитывается взаимосвязь интенсивности запаха и величины концентрации обладающих вредными запахами газовых компонентов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому, в части устройства, является мультисенсорный газоанализатор непрерывного контроля, содержащий сенсоры: полупроводниковый, термокаталитический, электрохимический, фотоионизационный, предварительно прокалиброванные с использованием Государственных стандартных образцов химических веществ, электронный блок обработки измеренных сенсорами сигналов и определения информативных параметров газовой смеси с сигнализатором ПДК (см. газоанализатор ГАНК-4, www.gank4.ru). К недостаткам известного устройства также можно отнести возможность определения концентраций относительно небольшого количества газовых компонентов, что обусловлено ограниченным количеством сенсоров, а также недостаточную достоверность полученных результатов из-за измерения концентрации при помощи ограниченного количества сенсоров. Кроме того, известный газоанализатор также не обеспечивает определение и контроль наличия ПДК, соответствующих допустимому уровню запаха, обладающих запахом газовых компонентов, так как при его функционировании не учитывается взаимосвязь интенсивности запаха и величины концентрации обладающих вредными запахами газовых компонентов.

Предлагаемое изобретение направлено на решение задачи, состоящей в увеличении количества определяемых газовых компонентов, повышении достоверности полученных результатов, а также расширении функциональных возможностей газоанализатора за счет возможности определения и контроля в окружающей среде ПДК, соответствующих допустимому уровня запаха присутствующих в ней газовых компонентов.

Данная задача в части способа решается тем, что в способе определения концентрации газовых компонентов в газовоздушной смеси, соответствующей раздражающему действию запаха, в котором изменяют интенсивность запаха газовоздушной смеси, одновременно измеряют интенсивность запаха газовоздушной смеси при помощи ольфактометра и концентрацию газовых компонентов в ней при помощи сенсоров, фиксируют концентрацию газовых компонентов, соответствующую раздражающему действию запаха, при интенсивности запаха, соответствующей раздражающему действию запаха, определенной при помощи ольфактометра, измеряют концентрацию газовых компонентов в газовоздушной смеси при помощи мультисенсорного газоанализатора непрерывного контроля, содержащего сенсоры:

полупроводниковый, термокаталитический, люминесцентный, электрохимический, спектрофотометрический, оптического поглощения, фотоионизационный, ионной подвижности и приращения ионной подвижности, предварительно прокалиброванные с использованием Государственных стандартных образцов химических веществ, и фиксируют ее значение, как соответствующее раздражающему действию запаха, по измерениям, по крайней мере, двух сенсоров с наименьшими среднеквадратичными отклонениями. При этом целесообразно фиксировать значение концентрации, как соответствующее раздражающему действию запаха, по измерениям, по крайней мере, двух сенсоров с наименьшими среднеквадратичными отклонениями, степень расхождения во времени которых не превышает 20%.

В части устройства данная задача решается тем, что мультисенсорный газоанализатор непрерывного контроля, содержащий сенсоры: полупроводниковый, термокаталитический, электрохимический, фотоионизационный, предварительно прокалиброванные с использованием Государственных стандартных образцов химических веществ, электронный блок обработки измеренных сенсорами сигналов и определения информативных параметров газовой смеси с сигнализатором предельно допустимой концентрации, дополнительно содержит сенсоры: люминесцентный, спектрофотометрический, оптического поглощения, ионной подвижности и приращения ионной подвижности, в электронном блоке обработки измеренных сенсорами сигналов и определения информативных параметров газовой смеси зафиксированы значения концентраций, соответствующих раздражающему действию запаха, а сигнализатор предельно допустимой концентрации выполнен с возможностью его срабатывания при концентрации, соответствующей уровню раздражающего действия запаха, соответствующему экологическим нормам.

Измерение концентрации газовых компонентов в газовоздушной смеси при помощи мультисенсорного газоанализатора непрерывного контроля, содержащего сенсоры: полупроводниковый, термокаталитический, люминесцентный, электрохимический, спектрофотометрический, оптического поглощения, фотоионизационный, ионной подвижности и приращения ионной подвижности, предварительно прокалиброванные с использованием Государственных стандартных образцов химических веществ, позволяет увеличить количество определяемых газовых компонентов, так как очевидно, что при использовании для измерения концентрации большого количества сенсоров различного типа имеется возможность определения качественного и количественного состава газовых смесей с самыми различными газовыми компонентами.

Фиксация значений концентраций, как соответствующих раздражающему действию запаха, по измерениям, по крайней мере, двух сенсоров с наименьшими среднеквадратичными отклонениями позволяет повысить достоверность полученных результатов, так как сенсоры различного типа для одного и того же количественного и качественного состава газовой смеси могут показывать существенно различные результаты измерений, а по показаниям, по крайней мере, двух сенсоров с наименьшими среднеквадратичными отклонениями измерений можно достоверно определить истинное значение концентрации.

Фиксация значений концентраций, как соответствующее раздражающему действию запаха, по измерениям, по крайней мере, двух сенсоров с наименьшими среднеквадратичными отклонениями, степень расхождения во времени которых не превышает 20%, также повышает достоверность полученных результатов, так как показания сенсоров могут изменяться по времени, например, из-за изменения во времени их чувствительности, что уменьшает точность измерений, а, как показали наши исследования, использование сенсоров с указанной степенью расхождения вполне достаточно для достоверного определения истинного значения концентрации.

Наличие в мультисенсорном газоанализаторе дополнительных сенсоров: люминесцентного, спектрофотометрического, оптического поглощения, ионной подвижности и приращения ионной подвижности, как и для способа, позволяет увеличить количество определяемых газовых компонентов, так как очевидно, что при использовании для измерения концентрации большого количества сенсоров различного типа имеется возможность определения качественного и количественного состава газовых смесей с самыми различными газовыми компонентами.

То обстоятельство, что в электронном блоке обработки измеренных сенсорами сигналов и определения информативных параметров газовой смеси зафиксированы значения концентраций, соответствующих раздражающему действию запаха, при помощи ольфактометра с учетом взаимосвязи концентрации газовых компонентов в газовоздушной смеси и раздражающего действия запаха, расширяет его функциональные возможности, так как позволяет определять и контролировать в окружающей среде ПДК, соответствующие допустимому уровня запаха присутствующих в ней газовых компонентов.

Выполнение сигнализатора ПДК с возможностью его срабатывания при концентрации, соответствующей уровню раздражающего действия запаха, соответствующему экологическим нормам, расширяет функциональные возможности газоанализатора, так как позволяет реагировать и сигнализировать о превышении ПДК, соответствующих допустимому уровню запаха. Возможность срабатывания сигнализатора ПДК при концентрации, соответствующей 10% от концентрации раздражающего действия запаха, обусловлена требованиями наиболее распространенных экологических норм.

На чертеже представлена блок-схема, иллюстрирующая реализацию предлагаемого способа определения концентрации газовых компонентов в газовоздушной смеси, соответствующей раздражающему действию запаха, и мультисенсорного газоанализатора непрерывного контроля, используемого, в том числе, и для определения и контроля раздражающего действия запаха.

На блок-схеме показаны блок 1 формирования газовоздушной смеси с обладающими запахом газовыми компонентами, связанный с ольфактометром 2. Мультисенсорный газоанализатор 3 непрерывного контроля для определения и контроля раздражающего действия запаха включает в себя сенсоры 4: полупроводниковый, термокаталитический, люминесцентный, электрохимический, спектрофотометрический, оптического поглощения, фотоионизационный, ионной подвижности и приращения ионной подвижности, предварительно прокалиброванные с использованием Государственных стандартных образцов химических веществ. Данный газоанализатор 3 может определять качественный и количественный состав газовоздушной смеси и содержит электронный блок 5 обработки измеренных сенсорами сигналов и определения информативных параметров газовой смеси с сигнализатором 6 ПДК.

Предлагаемый способ реализуется с использованием предлагаемого газоанализатора следующим образом.

В блоке 1 формируется смесь воздуха и обладающего запахом газовым компонентом. Интенсивность ее запаха измеряется ольфактометром 2, который представляет собой прибор для вдувания в нос нюхающего человека дозированного количества газовоздушной смеси. При реализации способа изменяют концентрацию обладающего запахом газового компонент и, соответственно, изменяется интенсивность запаха от незначительной до раздражающего действия на нос нюхающего человека. Газовоздушная смесь при этом поступает в мультисенсорный газоанализатор 3 непрерывного контроля, сенсорами 4 которого одновременно измеряют концентрацию газового компонента в смеси. При интенсивности запаха, соответствующей раздражающему действию запаха, определенной при помощи ольфактометра 2, фиксируют в электронном блоке 5 измеренную при этом сенсорами 4 газоанализатора 3 концентрацию газовых компонентов. Причем данная фиксация производится по измерениям, по крайней мере, двух сенсоров с наименьшими среднеквадратичными отклонениями, степень расхождения во времени которых не превышает 20%.

Таким образом проводится анализ смесей воздуха с различными газовыми компонентами. Все информативные параметры, характеризующие работу ольфактометра 2, измерения сенсоров 4, значения концентраций, соответствующие раздражающему действию запаха, поступают и фиксируются в электронном блоке 5 обработки измеренных сенсорами сигналов и определения информативных параметров газовой смеси. Сигнализатор 6 ПДК после определения и фиксации электронным блоком 5 концентраций газовых компонентов, соответствующих раздражающему действию запаха, настраивается на сигнализацию о наличии соответствующей допустимой интенсивности запаха ПДК, при концентрации, соответствующей уровню раздражающего действия запаха, соответствующему экологическим нормам, в частности, на уровне 10% от концентрации раздражающего действия запаха.

Известный мультисенсорный газоанализатор непрерывного контроля ГАНК-4, содержащий сенсоры, предварительно прокалиброванные с использованием Государственных стандартных образцов химических веществ, может определять количественный и качественный состав газовоздушной смеси и сигнализировать о наличии ПДК в окружающей среде, не связанных с ПДК, соответствующими допустимому уровню запаха. Мониторинг же окружающей среды зачастую приходится проводить и на наличие вредных запахов, допустимый уровень которых характеризуются своими ПДК, которые могут не совпадать со стандартно заданными ПДК определенных газовых компонентов.

Предлагаемый газоанализатор учитывает наличие и вредных запахов и работает обычным для подобного типа устройств образом. Через пробоотборник (не показан) анализируемая газовая смесь поступает в мультисенсорный газоанализатор 3 непрерывного контроля, проходит через сенсоры 4, сигналы от которых поступают в электронный блок 5 обработки измеренных сенсорами сигналов и определения информативных параметров газовой смеси. Результаты измерений по качественному и количественному составу отображаются, например, на цифровом экране в мг/м³ в соответствии с требованиями стандартов. При этом в электронном блоке 5 обработки измеренных сенсорами сигналов и определения информативных параметров газовой смеси производится сравнение измеренных сенсорами 4 концентраций с их значениями, соответствующими ПДК различных газовых компонентов, в том числе и соответствующих определенному уровню запаха, и при превышении ПДК в газовоздушной смеси сигнализатор 6 сигнализирует о превышении ПДК как определенных газовых компонентов, так и ПДК, связанных с запахом.

Предлагаемое техническое решение обеспечивает увеличение количества определяемых газовых компонентов, повышение достоверности полученных результатов, а также расширение функциональных возможностей газоанализатора за счет возможности определения и контроля в окружающей среде ПДК, соответствующих допустимому уровня запаха присутствующих в ней газовых компонентов.

1. Способ определения концентрации газовых компонентов в газовоздушной смеси, соответствующей раздражающему действию запаха, в котором изменяют интенсивность запаха газовоздушной смеси, одновременно измеряют интенсивность запаха газовоздушной смеси при помощи ольфактометра и концентрацию газовых компонентов в ней при помощи сенсоров, фиксируют концентрацию газовых компонентов, соответствующую раздражающему действию запаха, при интенсивности запаха, соответствующей раздражающему действию запаха, определенной при помощи ольфактометра, отличающийся тем, что измеряют концентрацию газовых компонентов в газовоздушной смеси при помощи мультисенсорного газоанализатора непрерывного контроля, содержащего сенсоры: полупроводниковый, термокаталитический, люминесцентный, электрохимический, спектрофотометрический, оптического поглощения, фотоионизационный, ионной подвижности и приращения ионной подвижности, предварительно прокалиброванные с использованием Государственных стандартных образцов химических веществ, и фиксируют ее значение как соответствующее раздражающему действию запаха, по измерениям, по крайней мере, двух сенсоров с наименьшими среднеквадратичными отклонениями.

2. Способ определения концентрации газовых компонентов в газовоздушной смеси, соответствующей раздражающему действию запаха, по п.1, отличающийся тем, что фиксируют значение концентрации как соответствующее раздражающему действию запаха, по измерениям, по крайней мере, двух сенсоров с наименьшими среднеквадратичными отклонениями, степень расхождения во времени которых не превышает 20%.

3. Мультисенсорный газоанализатор непрерывного контроля, содержащий сенсоры: полупроводниковый, термокаталитический, электрохимический, фотоионизационный, предварительно прокалиброванные с использованием Государственных стандартных образцов химических веществ, электронный блок обработки измеренных сенсорами сигналов и определения информативных параметров газовой смеси с сигнализатором предельно допустимой концентрации, отличающийся тем, что дополнительно содержит сенсоры: люминесцентный, спектрофотометрический, оптического поглощения, ионной подвижности и приращения ионной подвижности, в электронном блоке обработки измеренных сенсорами сигналов и определения информативных параметров газовой смеси зафиксированы значения концентраций, соответствующих раздражающему действию запаха, а сигнализатор предельно допустимой концентрации выполнен с возможностью его срабатывания при концентрации, соответствующей уровню раздражающего действия запаха, соответствующему экологическим нормам.

4. Мультисенсорный газоанализатор непрерывного контроля по п.3, отличающийся тем, что сигнализатор предельно допустимой концентрации выполнен с возможностью его срабатывания при концентрации на уровне 10% от концентрации раздражающего действия запаха.