Спосіб визначення наявності нафтопродуктів в воді

Реферат: Спосіб визначення наявності нафтопродуктів у воді включає вплив на зразок води електромагнітним випромінюванням та визначення інтенсивності збудженого випромінювання води. На зразок води впливають імпульсним електромагнітним полем у режимі збудження газорозрядного світіння води, фіксують на фотоматеріалі зображення просторового розподілу яскравості цього світіння. Потім за допомогою прикладного програмного забезпечення отримують його напівтонове растрове зображення і за гістограмою яскравості пікселів визначають числовий ряд площин газорозрядного світіння відповідної яскравості в діапазоні від 0,6 до 0,8 відносно яскравості фону. Наявність нафтопродуктів визначають за зростаючими значеннями отриманих числових рядів площин яскравості відносно контрольного ряду, який формують за статистичною обробкою зображень зразків води, вільної від нафтопродуктів. UA 101185 U (54) СПОСІБ ВИЗНАЧЕННЯ НАЯВНОСТІ НАФТОПРОДУКТІВ В ВОДІ UA 101185 U UA 101185 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до фізичних способів дослідження якості води, і може бути використана для екологічного моніторингу природних та стічних вод. Відомий спосіб визначення нафтопродуктів у воді [патент України № 97077, МПК G01N 21/01, 2012], який включає екстрагування нафтопродуктів та визначення їх вмісту за допомогою УФ-випромінювання з довжиною хвилі 253,7 нм. Недоліком відомого способу є необхідність проведення екстрагування та недостатня чутливість до низьких концентрації нафтопродуктів. Відомий спосіб визначення вмісту нафтопродуктів у воді [патент Російської Федерації № 2083971, МПК G01N 21/85, 1997], який включає розташування досліджуваної води в ємності для аналізу, просвічування її монохроматичним когерентним випромінюванням в діапазоні довжин хвиль від 0,2 до 1,1 мкм, при цьому визначення кількості нафтопродуктів у воді здійснюють за сумарною інтенсивністю спектрів вимушеного комбінаційного розсіювання ряду характерних довжин хвиль функціональних груп нафтопродуктів шляхом порівнянням їх з інтенсивністю спектра комбінаційного розсіювання води. Недоліком відомого способу є обмежена область використання тільки для визначення нафтопродуктів, що знаходяться у вигляді емульсії, при цьому, нестійкість цих емульсій значно зменшує достовірність отриманих результатів. Найбільш близьким по суті та отриманому технічному результату є спосіб визначення концентрації нафтопродуктів, розчинених і диспергованих у водних середовищах [патент Російської Федерації № 2091765, МПК G01N 21/64, 1997], що включає вплив на зразок води електромагнітного випромінювання, вимір інтегральної інтенсивності люмінесценції води і обчислення концентрації нафтопродуктів за її калібрувальною залежністю від інтегральної інтенсивності. Вимірювання інтегральної інтенсивності люмінесценції нафтопродуктів здійснюють в області частоти електромагнітного випромінювання, яка не перевищує 330 нм. Для усунення впливу люмінесценції органічних і неорганічних домішок проводять екстракцію нафтопродуктів. Недоліком способу є необхідність здійснення підготовки зразку води шляхом екстракції нафтопродуктів та залежність результатів від вмісту різних домішок, які не можливо повністю видалити при екстракції. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення способу визначення наявності нафтопродуктів у воді шляхом вибору оптимальних умов електромагнітного впливу на воду для збудження її газорозрядного світіння, та використання програмного забезпечення для аналізу характеристик зображення просторового розподілу інтенсивності цього світіння у діапазоні яскравості, пов'язаним з наявністю нафтопродуктів. Поставлена задача вирішується у способі визначення наявності нафтопродуктів в воді, що включає вплив на зразок води електромагнітним випромінюванням та визначення інтенсивності збудженого випромінювання води, згідно з корисною моделлю, на зразок води впливають імпульсним електромагнітним полем у режимі збудження газорозрядного світіння води, фіксують на фотоматеріалі зображення просторового розподілу яскравості цього світіння, потім за допомогою прикладного програмного забезпечення отримують його напівтонове растрове зображення і за гістограмою яскравості пікселів визначають числовий ряд площин газорозрядного світіння відповідної яскравості в діапазоні від 0,6 до 0,8 відносно яскравості фону, а наявність нафтопродуктів визначають за зростаючими значеннями отриманих числових рядів площин яскравості відносно контрольного ряду, який формують за статистичною обробкою зображень зразків води, вільної від нафтопродуктів. Використання заявленого способу забезпечує визначення наявності нафтопродуктів у воді на основі порівняння за програмним забезпеченням числового ряду площин відносної яскравості пікселів зображення газорозрядного світіння дослідного зразка води зі контрольним. Причинно-наслідковий зв'язок між технічним результатом та суттєвими ознаками заявленої корисної моделі реалізується таким чином. Відомо, що при впливі на воду імпульсного електромагнітного поля високої напруженості виникає газорозрядне світіння біля зразка води (ефект Кірліан). Це обумовлено іонізацією молекул газового середовища за рахунок електронів та фотонів, імітованих з електроннозбуджених складних молекулярних комплексів води. Просторовий розподіл інтенсивності газорозрядного світіння навколо води має значну гіллястість і просторову поширеність у вигляді кільця. Інтенсивність газорозрядного світіння звичайно оцінюють за площиною його зображення, яке фіксують на фотоматеріалі., на основі програмних продуктів комп'ютерного аналізу зображень. Наявність у воді забруднень різної природи призводить до зміни яскравості та геометричної формі окремих ділянок цього зображення [Курик М.В., Лапицкий В.Н., Песоцкая 1 UA 101185 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Л.А. Кирлианография питьевой воды // Сознание и физическая реальность. М., 2010. Т. 15. №12, С. 25-32]. Експериментальні дослідження природних та стічних вод показали, що збільшення забруднення води внаслідок вмісту різних домішок значно зменшує площину зображення газорозрядного світіння. Але наявність навіть низьких концентрацій нафтопродуктів у воді навпаки значно збільшує, інтенсивність газорозрядного світіння, що веде до збільшення площини його зображення у зонах яскравості, які відповідають світінню електронно-збуджених складних молекулярних комплексів нафтопродуктів. Використання гістограми яскравості пікселів напівтонового растрового зображення газорозрядного світіння дозволяє характеризувати його числовим рядом площин яскравості пікселів. Використання відносних до фону значень яскравості пікселів дозволяє виключити вплив змін яскравості фону зображення на результати аналізу. Експериментально була встановлена залежність зміни числових рядів в діапазоні від 0,6 до 0,8 відносних значень яскравості пікселів від наявності нафтопродуктів. При збільшенні вмісту нафтопродуктів значення числових рядів збільшуються. Числові ряди зовні діапазону від 0,6 до 0,8 відносних значень яскравості пікселів не мають кореляції з вмістом нафтопродуктів. Суть корисної моделі пояснюють графічні зображення, що приведені: на фіг. 1 - блок-схема пристрою для отримання зображення газорозрядного світіння зразку води; на фіг. 2 - графіки числових рядів площин відносних значень яскравості, де 1 - контрольний ряд зразка води вільної від нафтопродуктів; 3, 4 - числові ряди зразків води, які містять дизельне паливо з 3 концентрацією 0,1 та 5,0 мг/дм відповідно. Заявлений спосіб реалізують таким чином. Для отримання зображення газорозрядного світіння зразку води використовують пристрій, блок-схема якого приведена на фіг. 1. На робочій поверхні ізольованого плоского електрода 1 розміщують фотоматеріал (рентгенівська плівка) 2, на якому формують краплю води 3 за допомогою мірної ємності зі штоком 4 та штиркового електроду 5. Останній виконаний у вигляді порожнистої голки, вміщеної в металеву порожню трубку 6. Електрод 1 та трубка 6 приєднані до виходу високовольтного імпульсного генератора 7. Зображення газорозрядного світіння зразка води у вигляді краплі 3 фіксують на фотоматеріалі 2. Випробування заявленого способу було здійснено при екологічному моніторингу стану стічних вод двох вугільних шахт. Результати показали можливість виявлення вмісту 3 нафтопродуктів будь-якого типу та їх поєднань при загальної концентрації від 0,01 мг/дм без попередньої підготовки зразка води тобто в скринінговому режимі. Наявність інших домішок у воді на значення числових рядів в заданому діапазоні яскравості не впливає. Аналогічні результати були отримані для природних вод різних джерел. Таким чином, заявлений спосіб дозволяє в скринінговому режимі здійснювати екологічний моніторинг природних та стічних вод на наявність нафтопродуктів. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Спосіб визначення наявності нафтопродуктів у воді, що включає вплив на зразок води електромагнітним випромінюванням та визначення інтенсивності збудженого випромінювання води, який відрізняється тим, що на зразок води впливають імпульсним електромагнітним полем у режимі збудження газорозрядного світіння води, фіксують на фотоматеріалі зображення просторового розподілу яскравості цього світіння, потім за допомогою прикладного програмного забезпечення отримують його напівтонове растрове зображення і за гістограмою яскравості пікселів визначають числовий ряд площин газорозрядного світіння відповідної яскравості в діапазоні від 0,6 до 0,8 відносно яскравості фону, а наявність нафтопродуктів визначають за зростаючими значеннями отриманих числових рядів площин яскравості відносно контрольного ряду, який формують за статистичною обробкою зображень зразків води, вільної від нафтопродуктів. 2 UA 101185 U Комп’ютерна верстка М. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3