Повна версія

Головна arrow Екологія arrow ЕКОЛОГІЧНИЙ МОНІТОРИНГ

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   ЗМІСТ   >>

ОПТИКО-АКУСТИЧНІ ГАЗОАНАЛІЗАТОРИ

Абсорбційний метод аналізу (див. Параграф 6.2) газів заснований на властивості речовин вибірково поглинати частина проходить через них електромагнітного випромінювання. Якщо частка поглиненої таким зразком променевої енергії мала, більш зручна безпосередня реєстрація її оптико-акустичним (ОА) методом. Специфічність спектра поглинання дозволяє якісно визначати склад газових сумішей, а інтенсивність абсорбції спектра пов'язана з концентрацією компонента.

Різна залежність коефіцієнта поглинання від частоти (див. Параграф 6.2) рідин і газів призводить до відмінності схем оптико-абсорбційних аналізаторів рідин і газів.

В основі ОА методу лежить оптико-акустичний ефект, відкритий Рентгеном (W. Rontgen - німецький фізик-експериментатор, 1845-1923) і Тіндалем: при опроміненні газу, що знаходиться в замкнутому просторі, модульованим потоком ІК-випромінювання в ньому виникають пульсації тиску (акустичні коливання) з частотою модуляції.

Оптико-акустичний аналіз газів заснований на вимірюванні акустичних коливань, що виникають при селективному поглинанні шаром газу модульованого інфрачервоного випромінювання. Середня і далека області ІЧ-спектра обрані в зв'язку з їх високою вибірковістю. Так, ацетилен поглинає випромінювання з довжиною хвилі 3,05, метан - 3,3, вуглекислий газ - 4,3, оксид вуглецю - 4,6, діоксид сірки - 4 і 7,3 мкм. Молекули аналізованого газу збуджуються, резонансно поглинаючи квант електромагнітного випромінювання, потім за рахунок зіткнень переводять цю енергію в теплову енергію кінетичного руху молекул, а підвищення температури при постійному обсязі призводить до збільшення тиску.

Оптико-акустичний аналіз є селективним кількісним методом.

Сила світла, поглинена речовиною, визначається основним законом поглинання і дорівнює

за умови, що 2,303 ис 1.

Оптико-акустичний метод по суті є методом абсорбційної спектроскопії, оскільки заснований на вимірюванні поглиненої променевої енергії, тому ОА спектри подібні абсорбційним спектрами. Рівняння (8.1) є математичним підставою кількісного аналізу по ОА спектрами. Градуювальні графіки в цьому методі зберігають лінійність в межах 3-4 порядків концентрацій.

Характерною особливістю ОА методу є залежність ОА спектра як від абсорбційних властивостей, так і від термодинамічних параметрів речовини. ОА метод аналізу характеризується широким діапазоном застосування, високою точністю, вибірковістю, швидкодією. Універсальність методу визначається широким набором визначених компонентів, що мають смуги поглинання в ІЧ-діапазоні. Так само як більшість технологічних газів, крім інертних Не, Ne, Аг і одноелементні начебто Н 2 , 0 2 , N 2 . Найбільше застосування метод отримав при виборчому аналізі сумішей, що містять оксиди вуглецю (СО, С0 2 ), азоту (N 2 0, NO, N0 2 ), сірки (S0 2 ), вуглеводні С П Н Ш , гідриди сірки, азоту (H 2 S, NH 3 ) і т.д. Про А метод перекриває широкий діапазон визначуваних концентрацій від 1 (Н до 100%.

Чутливість методу досить велика, у всякому разі, достатня для того, щоб використовувати його для визначення слідів газів, ГДК токсичних домішок в ОС.

Оітіко-акустичні газоаналізатори мають основну похибку на рівні 2-4% від верхнього значення діапазону вимірювань. Час збереження цих характеристик без ручного коректування становить 7-30 діб.

Оптико-акустичний селективний приймач являє собою герметичну камеру, заповнену сумішшю поглинає компонента з інертним газом (рис. 8.1), він фактично є мікрофоном.

Усередині ОЛ приймача можна виділити активний обсяг, де відбувається поглинання потоку випромінювання, і пасивний обсяг, в якому розташований конденсаторний мікрофон для перетворення акустичних коливань в електричний сигнал. Потік випромінювання потрапляє в активний обсяг через І К прозоре вікно, перед яким може перебувати регульована діафрагма або заслінка, яка зраджує величину світлового потоку, що надходить в лучепріемнік.

Пристрій оптико-акустичного приймача

Мал. 8.1. Пристрій оптико-акустичного приймача:

1 - нижня частина корпусу; 2 - верхня частина корпусу; 3 - вікно з І К прозорого

матеріалу; 4 - камера поглинання І К світла, (активний) обсяг; 5 - рухома мембрана конденсаторного мікрофона; в - нижній (пасивний) обсяг; 7 - ізолююча пластина; 8 - дюза (тонкий канал, що з'єднує верхній і нижній

обсяги) - фільтр НЧ

Процеси проходження аналітичного сигналу через ОА лучепріемнік можна представити у вигляді ланцюга послідовних перетворень:

  • • поглинання модульованого потоку інфрачервоного випромінювання шаром газу в активному обсязі;
  • • нагрівання обсягу поглиненої енергією;
  • • перехід коливань температури в коливання тиску (акустичні коливання);
  • • зміна ємності конденсатора і перетворення акустичних коливань в електричний сигнал, тобто лучепріемнік, фактично є конденсаторним мікрофоном;
  • • посилення електричного сигналу.

Найпростіший Про А аналізатор показаний на рис. 8.2.

Однопроменевий одноканальний ОА газоаналізатор

Мал. 8.2. Однопроменевий одноканальний ОА газоаналізатор:

1 - випромінювач; 2 - фільтр; 3 - вимірювальна кювета; 4 - фотоприймач; 5 - ІП

Оптичний фільтр 2 виконує функцію монохроматора і пропускає випромінювання від випромінювача 1 на обраної довжині хвилі, що відповідає, як правило, максимальним коефіцієнтом поглинання що визначається компонента. Фотоприймач 4 перетворює пройшов через кювету 3 світловий потік в електричний сигнал, який обробляє ІП 5. Розглянута одноканальна однопроменева схема проста, але на її основі важко реалізувати аналізатор з високими метрологічними характеристиками. Тому сучасні ОА газоаналізатори реалізують на базі більш складних і структурно-надлишкових схем.

З різноманітних схем ОА газоаналізаторів виділяють головним чином двухлучевую і двухканальную.

Принцип роботи промислового ОА газоаналізатора заснований на виборчому поглинанні ІЧ-випромінювання визначальним компонентом аналізованої газової суміші (рис. 8.3).

ОА газоаналізатор ІК-випромінювання

Мал. 8.3. ОА газоаналізатор ІК-випромінювання

Прилад випускають в декількох модифікаціях, кожна з яких має наступний діапазон вимірювань одного з компонентів (об. Частка,%):

С0 2 : 0-0,05; 0-0,1; 0-0,2; 0-0,5; 0-1; 0-2; 0-5; 0-10; 0-20;

СО: 0-0,2; 0-0,5; 0-1; 0-2; 0-5; 0-10; 0-20; 0-50; 0-100;

СН 4 : 0-0,05; 0-1; 0-2; 0-5; 0-10; 0-20;

З 2 Н 2 : 0-0,5; 0-10.

Межа основної зведеної похибки газоаналізатора становить 4-10% від верхньої межі діапазону вимірювань.

Оптико-акустичні газоаналізатори УФ-випромінювання використовують в основному для вимірювання концентрації парів ртуті в повітрі, так як ртуть має характерні лінії поглинання саме в УФ-діапазоні. Крім того, їх застосовують для вимірювання концентрації хлору, сірководню, діоксиду азоту та інших речовин.

 
<<   ЗМІСТ   >>