Спосіб хемілюмінесцентного аналізу

Изобретение относится к способам хемилюминесцентного газового анализа и может быть использовано в средствах контроля концентрации вредных компонентов в выбросах промпредприятий в воздушную атмосферу. Согласно известным способам хемилюминесцентный анализ осуществляется в процессе испускания света при протекании различных хемилюминесцентных реакций. Количество вещества, участвующего в реакции, определяется по интенсивности светового излучения. Хемилюминесцентный анализ позволяет определять отдельные компоненты, присутствующие в анализируемом газе в микроскопически малом количестве. В последнее время данный вид анализа нашел широкое применение при измерении количества оксидов азота в газообразных выбросах промышленных предприятий, стационарных и транспортных энергетических установок. Известен способ хемилюминесцентного анализа, например, монооксида азота по интенсивности хемилюминесцентного свечения, возникающего при протекании реакции Реализуется этот способ следующим образом. Анализируемый газ, содержащий монооксид азота, смешивается с кислородом или воздухом и поступает в реакционную камеру, представляющую собой генератор озона. В реакционной камере вследствие прохождения через газовую смесь высоковольтного барьерного электрического разряда образуется озон, вступающий в реакцию с монооксидом азота, содержание которого в анализируемом газе определяется по интенсивности хемилюминесцентного излучения. К недостаткам данного способа следует отнести низший квантовый выход реакции расположение максимума спектрального распределения интенсивности хемилюминесцентного излучения в ИК-области, ограничение максимальной концентрации озона ее равновесным значением, необходимостью привлечения дополнительных средств для конверсии в при определении их суммарного количества. Эти недостатки снижают чувствительность и точность газового анализа, усложняют его проведение. Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ хемилюминесцентного анализа, в котором в качестве реагента вместо озона используется атомарный кислород. Суть этого метода заключается в следующем. Анализируемый газ, содержащий, например, монооксид и диоксид азота, смешивают с озоном, а образованную смесь облучают ультрафиолетовым излучением ртутной лампы низкого давления. При этом в результате фотодиссоциации озона образуется атомарный кислород, который вступает в реакции как с монооксидом, так и с диоксидом азота По интенсивности хемилюминесцентного излучения продукта реакции (2) судят о суммарной концентрации оксидов азота в анализируемом газе. При этом выделяют спектральный диапазон, в котором отсутствует ультрафиолетовое излучение ртутной лампы, а также излучение, соответствующее реакциям с участием других компонентов анализируемого газа. Этот способ может быть использован для определения содержания таких компонентов, как и им подобных. Квантовый выход реакции монооксида азота с атомарным кислородом при комнатных температурах на 3 - 4 порядка величины выше квантового выхода реакции а максимум спектрального распределения интенсивности хемилюминесцентного излучения лежит в видимой области, что дает возможность существенно повысить чувствительность и точность газового анализа. Недостатками данного способа являются ограничение максимальной концентрации озона ее равновесным значением, что влечет за собой и ограничение концентрации атомарного кислорода, уменьшение его концентрации за счет протекания реакций с диоксидами и рекомбинации в молекулярный кислород, а также при смешении кислорода или воздуха, содержащих озон, с анализируемым газом. К недостаткам можно отнести и двухстадийность процесса получения атомарного кислорода, и длительность процесса смешения анализируемого газа с реагентом в реакционной камере. Следствием указанных недостатков является то, что данный метод не обеспечивает высокой чувствительности и точности определения концентрации исследуемого компонента, обладает малым быстродействием газового анализа. В основу настоящего изобретения поставлена задача усовершенствования хемилюминесцентного анализа путем увеличения концентрации атомарного кислорода в реакционной зоне. Технический результат состоит в повышении чувствительности и точности определения концентрации исследуемого компонента в анализируемом газе. Поставленная задача решается тем, что в способе хемилюминесцентного газового анализа, заключающегося в получении реагентов, выделении спектральной области хемилюминесцентного излучения продукта реакции и определении содержания исследуемого компонента в анализируемом газе по интенсивности хемилюминесцентного излучения, согласно изобретению реагенты получают путем электродугового нагрева анализируемого газа с последующим конвективным охлаждением со скоростью 106 - 108град/с, формируют ламинарную оптически тонкую струю и по результатам измерения интенсивности хемилюминесцентного излучения находят содержание исследуемого компонента в анализируемом газе. Известно, что интенсивность хемилюминесцентного излучения пропорциональна произведению концентраций реагентов. Поэтому чувствительность и точность способа хемилюминесцентного газового анализа непосредственно зависит от концентрации атомарного кислорода. В отличие от прототипа получение атомарного кислорода в настоящем изобретении происходит в одностадийном процессе термической диссоциации кислородсодержащих компонентов анализируемого газа, а его концентрация существенно превышает концентрацию, нарабатываемую в процессах озонирования молекулярного кислорода и последующего фотолиза озона. Если в качестве анализируемого газа взять продукты сгорания Дашавского газа в воздухе при атмосферном давлении и температуре нагрева в электродуговом разряде 3500К, то равновесное значение концентрации атомарного кислорода будет соответствовать 11,8%, и 8% - в продуктах сгорания угля в воздушном окислителе. Используемые в хемилюминесцентных газоанализаторах ПО "Украналитприбор" озонаторы генерируют около 1% Даже при условии стопроцентного превращения озона в молекулярный и атомарный кислород в процессе фотолиза, концентрация последнего не может превысить 0,5%, в то время как его равновесное значение будет составлять величину где - константа равновесия компонента, значение которой бралось при комнатной температуре; - его парциальное давление. Образование монооксидов в настоящем изобретении не связало с расходом атомарного кислорода, а быстрое охлаждение анализируемого газа, проводимое с максимально достижимой в условиях конвекции скоростью охлаждения 106 108град/с замедляет рекомбинационные процессы, сохраняя высокое значение концентрации атомарного кислорода, поступающего в реакционную камеру. Быстрая смена излучающей среды в поле зрения приемника излучения сокращает время диагностики, способствуя повышению точности газового анализа при измерении меняющейся во времени концентрации исследуемого компонента в анализируемом газе. Ламинаризацией струи достигается подавление турбулентных пульсаций, возникающих при электродуговом нагреве анализируемого газа и оказывающих негативное влияние на качество измеряемого приемником излучения сигнала. Она осуществляется, например, пропусканием турбулентной струи через узкий щелевой канал или сопло с малым эквивалентным диаметром. Малая оптическая толщина струи предотвращает реабсорбцию диагностируемого излучения. Все это приводит к повышению точности, чувствительности и быстродействия хемилюминесцентного газового анализа. На чертеже (фиг.) представлена схема реализации данного способа, где 1 электродуговой нагреватель анализируемого газа; 2 - закалочное устройство; 3 - реакционная камера; 4 - побудитель расхода; 5 - светофильтр; 6 - приемник излучения; 7 - регистрирующий прибор. Стрелками показано направление движения анализируемого газа. Хемилюминесцентный газовый анализ осуществляется следующим образом, Предварительно очищенный от механических примесей и конденсированной фазы анализируемый газ, содержащий, например, в качестве исследуемого компонента сернистый ангидрид, подают с помощью побудителя расхода 4 в электродуговой нагреватель 1, в котором его нагревают до температур диссоциации кислородосодержащих компонентов, после чего охлаждают в закалочном устройстве 2 с максимально достижимой скоростью(106 8 10 град/с), формируя ламинарную оптически тонкую струю, истекающую в реакционную камеру 3, и одновременно сохраняя образовавшиеся при нагреве монооксид серы с атомарным кислородом, излучение от хемилюминесцентной реакции которых в реакционной камере селектируют с помощью светофильтра 5, и по интенсивности хемилюминесцентного излучения, фиксируемого приемником излучения 6 и регистрирующим прибором 7, находят концентрацию сернистого ангидрида в анилизируемом газе. Настоящее изобретение может быть положено, например, в основу экспресс-метода хемилюминесцентного анализа серы и ее оксидов в продуктах сгорания сернистых топлив, в загрязненном сероводородом или парами сернистых соединений воздухе предприятий химической промышленности.