Способ анализа газовой смеси путем атомной абсорбции отраженного света

Способ анализа газовой смеси путем атомной абсорбции отраженного света

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (iii735935

I (6I ) Дополнительное к авт. свип-ву— (22) Заявлено 08.08.77 (21) 2519915/18-25 с присоединением заявки K (23) Приоритет2 (5l)М. Кл.

G 01 3/42

Гасударстеелиый комитет

СССР

Опубликовано. 25.05.80. Бюллетень ¹ 19 ао делам изооретеиий и открытий (53) УД К535.34 (088.8) Дата опубликования описания 30.05.80 (72) Авторы изобретения

Б. П. Абрамовский, Э. Л. Альтман, В. А. Ионов, И. М. Назаров, C. И. Патракеев и В. П. Чирков

Институт прикладной геофизики ГУГМС при СМ СССР (71) Заявитель (54) СПОСОБ АНАЛИЗА ГАЗОВОЙ СМЕСИ ПУТЕМ АТОМНОЙ

AECOPEUHH ОТРАЖЕННОГО СВЕТА

Изобретение относится к аналитическим методам анализа газовой смеси с помошью оптических атомно-абсорбционHbIK газоанализаторов, принцип работы которых основан на регистрации эффек5 та поглошения газами (парами) света в области ИК, УФ и видимого диапазона излучений.

Известен способ атомно-абсорбционного анализа микроконцентраций газа с предварительным обогашением проб 11.

Недостатком этого способа является невысокая чувствительность. Наиболее близким техническим решением является способ анализа газа путем непрерывной концентрации газа P2g. В этом случае необходимая чувствительность достигает ся увеличением пути прохождения в оптической кювете света за счет многократного направленного отражения луча от сис- 2о темы зеркал. Такой способ измерения нашел применение, например, в ртутном атомно-абсорбциоином газоанализаторе, выпускаемом в США для непрерывного

2 определения на вертолете концентраций паров ртути в атмосфере. В приборе длина прохождения УФ-излучения в кювете с отражаюшими зеркалами составляет 6 м.

Однако, как показывают результаты проведенных аэросьемок, из-за относительно малой длины прохождения светового луча через газ (оптическая база прибора) достигнутая чувствительность прибора, равная 10 г/м, не позволяет изме-6 рять концентрации, близкие к фоновым

- o з значениям, составляюшим n . 10 r/M °

Недостатком этого способа является невысокая чувствительность и селективность способа.

Бель изобретения — повышение чувствительности и селективности атомно-абсорбционного способа непрерывного анализа газовой смеси.

Поставленная цель достигается тем, что облучение исследуемого газа проводитсч наносекундными импульсами света и регистрируется отраженное от стенок оптической кюветы излучение, испы735935

10 тавшее многократное поглощение анализируемым газом, по заднему фронту которого определяют концентрацию исследуемого газа, а также тем, что для веществ с .характерным временем резонансного высвечивания одновременнЬ регистрируетСя интенсивность флуоресцентного излучения

Световой импульс направляют в замкнутую камеру кюветы (например, в виде сферы) со стенками, покрытыми диффуз* " ным отражателем. Этот импульс будет многократно . поглощаться анализируемым газом, а также испьггывать многократные отражения. Поэтому электрический импульс, возникающий на выходе умножите ля, регистрирующего световой поток, будет растянут во времени.

На чертеже изображен импульс света 3 и зарегистрированный импульс фотоэле« ментом, на момент времени Т минималь ное число отражений в сферической кювете диаметром <Я составит и мин ° —

С Т где с = 3 1О м/сек — скорость света. При наличии в камере анализируемого газа амплитуда импульса уменьшится за счет атомной абсорбции света.

Наибольший эффект будет наблюдаться на участке заднего фройта "Ймпульса, соответствующего многократному рассеянию света.

Способ имеет следующие преимущесч ва по сравнению со способом-прототипом: нет необходимости жесткой юстировки прибора, система не критична к вибрациям и изгибам в-силу симметрий изо-. тройного рассеянного излучения в кюве= те; простота технологии изготовления кювета, кювета имеет относительно малые размеры метод обладает высокой селективностью газового анализа.

Оценим технические возможности создания абсорбционных кювет, работающих на предлагаемом принципе регистрации энергии многократно отраженной составляющей светового импульса.

Для простоты оценок предположим, . что точечный импульсный источник мгновенного действия расположен в центре . сферической камеры с диффузионным по" крытием стенок. Поток света, падающий иа плошадку внутренней отражающей поверхности сферы, при такой геометрической схеме в момент времени Т опреде: ляется соотношением

F (t) = (о). ию ч (0) где = мощность источнике света, 4 - телесный угол, 4

М(+ функция, характеризующая м ослабление в результате мнэ гократных отражений. Очевидно; что при временнойзадерж5 ки Т в кювете существует свет, испытавший n > — 3 л с отражений. Положим, что

Ч (п1 = коэффиц иент,диффузного о ражения, среднее число отражений, вызывающее эквивалентный эффект ослабления света.

При коэффициенте диффузионного рассеяния р = 0,95 ослабление света в

10 и 10 происходит в случае 100

2, и 230 раз огражений от стенок, соответственно. Если принять, что порог чувствительности светового потока совре-42 менных умножителей 10 Люмен диаметр сферы 1 м, диаметр окна фотокатода умножителя 2,5 см (угол обзора

-12 умножит епя tv = 10 стерадиан), мощность источника света J o = 100 ватт, прй длительности световых импульсов

10 9сек, то можно зарегистрировать свет, прошедший дистанцию, равную первым сотням метров. Обеспечить такую длину прохождения света в кюветах с направленнМм отражением практически невозможно.

Расстояние, равное 300 м, свет про-б ходит за время около 10 сек. Отсюда следует. для того, чтобы сформировать задний фронт, необходимо применять скорос гные оптические затворы, прерываюп(ие свет и приемники излучения с быстродействием 10 9сек. Такая техника в последние годы используется в экспе40 риментах, связанных с измерением скорости света.

Предлагаемый способ газового анели за обладает высокой избирательностью.

Резковыраженная селективность метода

45 обьясняется тем, что в замкнутом обьеме кюветы, с отражающими стенками, уменьшение интенсивности возбуждающего изпучения с увеличением пройденного пути будет происходить лишь для некоторых газов, обладающих особыми поглощающе-рассеивающими свойствами. Так, поглощение света в оптической кювете происходит в следующих случаях:

1. Энергия облучаемого света при поглощении атомами (молекулами) газа расходуется на различные формы внутренней энергии.

735935 2. Поглощение энергии сопровождается излучением флуоресценции на другой частоте, которое,,не регистрируется приемником

3. Переизлучение происходит с задержкой по времени, равной или больше дли- тельности импульса на фотоэлементе.

Таким газом является сернистый газ о - основной антропогенный загрязнитель атмосферного воздуха. При облучении сернистого газа УФ-излучением, длиной 2138 А до 4500 А с максимумом излучения в области 3500 А.

Таким образом, регистрируя приемником излучения только линию 2138 А, будем иметь эффект атомно-абсорбционного поглощения, обусловленного лишь сернистым газом. Очевидно, что совокупность спектрофотометрических приемов регистрации с учетом поглощающеизлучающих особенностей анализируемого газа позволит резко увеличить селек тивность атомно-абсорбционного анализа.

Применение способа возбуждения газа ультра-короткими импульсами света, претерпевшими многократное рассеяние от стенок оптической кюветы является эффективным в различных модификациях

30 атомно-абсорбционного анализа, например, дпя флуоресцентного метода. В этом способе происходит увеличение эффективности возбуждения фпуоресценции и помехоустойчивости за счет временной селекции импульсов.

Предлагаемый способ позволяет создать приборы которые бы обеспечили спектрофотометрический анализ микропримесей отдельнъгх газов, находящих40 ся в атмосфере. Напротив, используя заявляемый способ, возможно создать высокочувствительный и селективный газоаналиэатор микроконцентраций сернистого газа. Создание такого рода при»

45 боров позволит более эффективно решать вопросы, связанные с загрязнением, окружающей среды, переносом загрязняющих веществ через национальные границы.

Способ может найти применение в сети гидрометеослужбы, санитарной гигиены и Минздрава для мониторинга атмосферы; органиэациях Министерства геопогии, занимающихся атмогеохимической разведкой полезньи ископаемых; сторонних ведомствах, ведущих разработку высокочувствительных газоанализаторов.

Формула изобретения

1 Способ анализа газовой смеси путем атомной абсорбции отраженного света, заключающийся в пропускании света от источника импульсного или непрерыв-! ного действия в многоходовой оптической кювете и регистрации потока света после прохождения объема анализируемой газовой смеси фотоэлементом, о т л ич а ю ш и и с я тем, что, с целью повышения чувствительности и селективности способа, обучение исследуемой газовой смеси проводят наносекундными импульсами света и регистрируют отраженное от стенок оптической кюветы излучение, испытавшее многократное поглощение анализируемым газом, по заднему фронту которого определяют концентрацию исследуемого газа.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а юш и и с я тем, что, для газов с характерным временем резонансного высвечивания одновременно регистрируют интенсйвность флуоресцентного излучения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Зайдель А. Н. и др. Эмиссионный спектральный анализ атомных материалов

Л„Физматиздат, М., 1960, с. 430446. .2. B r гin er А.A. дп ег1егепсе

В ее .>рес1,огпе еге ог цippi эе,„

Вй 11у Мегсору Ап.Еуае$0(5olqs

ВОСК См Ь1- АРРА Earth S.i (1966),. 75, В 120, Юб

Д 10 hF 0 т

1- чисть б 3оз3уя g-за рязненюй ЯзРух

Составитель E. Карманова

Редактор Н. Катаманина Техред Ж. Кастелевич Корректор М. Пожо

Заказ 2413/33 Тираж 713 . Подписное

UHHHIIH Государственного комитета СССР но данам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб, д. 4/5

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4