Спосіб визначення концентрацій молекул кисню і атомів кисню та водню у газовій фазі

Спосіб визначення концентрацій молекул кисню і атомів кисню та водню у газовій фазі, що включає розміщення датчика - неорганічного люмінофора у вимірювальному осередку, який заповнений досліджуваним газом, і реєстрацію збуджуваної гетерогенної хемілюмінесценції люмінесцентного датчика, що контактує з досліджуваним газом, який відрізняється тим, що у вимірювальний осередок, заповнений досліджуваним газом, на короткий проміжок часу вводять і Винахід відноситься до техніки вимірів із використанням оптичних методів аналізу, зокрема, методу люмінесцентного аналізу, який найбільш ефективно може бути використаний для визначення абсолютних значень концентрацій молекул кисню і атомів кисню та водню в інертних і люмінесцентне неактивних газах Широко відомими є ХІМІЧНІ способи аналізу складу газових сумішей, при реалізації яких використовуються прийоми ХІМІЧНОГО перетворення проби аналізованої газової суміші (АГС) із застосуванням фізичних методів для реєстрації закінчення ХІМІЧНИХ реакцій, визначення реагуючих мас, об'ємів, тисків, витрат Наприклад, для визначення концентрації молекулярного кисню ХІМІЧНИМИ методами вимірюють скорочення об'єму проби АГС при спалюванні проби у водні чи іншому допоміжному газі, зміна тиску проби АГС до і після поглинання кисню ВІДПОВІДНИМИ поглиначами, довжину пофарбованого стовпчика індикаторної трубки при взаємодії кисню проби АГС із наповнювачем трубки й ш направляють на люмінофор реперний потік люмінесцентно-активного газу такого ж ХІМІЧНОГО складу (з еталонною концентрацією атомів і молекул), а про концентрацію атомів і молекул у досліджуваному об'ємі судять за приростом інтенсивності гетерогенної хемілюмінесценції в момент відкриття реперного потоку ВІДПОВІДНО до співвідношення v ДІ де V - середня швидкість теплового руху атомів досліджуваного газу чи молекул досліджуваного газу, І х - інтенсивність СВІТІННЯ люмінофора до відкриття реперного потоку, j - ЩІЛЬНІСТЬ потоку часток у реперному потоці, ДІ - збільшення інтенсивності гетерогенної хемілюмінесценції ВІДОМІ спектральні способи аналізу за оптичними і мас-спектрами [1] з використанням спектрометрів Суть полягає втому, що іонізовані атоми чи молекули речовини роздільно реєструються за значеннями відношення т/е ( т - маса, є - заряд юна) 3 отриманого мас-спектра визначаються значення мас і концентрацій компонентів у пробі АГС ВІДОМІ вище способи характеризуються тривалістю вимірів, крім того, необхідне застосування складного апаратурного оснащення, що ускладнює їхню практичну реалізацію, наприклад, при промисловому аналізі газової суміші в ході технологічного процесу Відомим Є люмінесцентний спосіб визначення вмісту атомів і молекул у газах [2, 3], який засновується на явищі гетерогенної хемілюмінесценції У цьому способі про КІЛЬКІСТЬ атомів і молекул, що містяться в досліджуваному об'ємі аналізованого газу, судять за інтенсивністю СВІТІННЯ датчика неорганічного люмінофора, поверхня якого вступає в реакцію з люмінесцентно активними частка ю (О 61254 ми досліджуваного газу У відомому способі неорченні концентрації атомарного водню в суміші ганічні люмінофори піддають попередній термоваН2+Н куумній обробці і потім експонують в аналізованоВведення в заповнений досліджуваним газом му газі, а про КІЛЬКІСТЬ атомів і молекул у осередок на короткий проміжок часу спрямованого досліджуваному газі судять за інтенсивністю гетена люмінофор реперного потоку люмінесцентно рогенної хемілюмінесценції поверхні неорганічного активного газу такого ж ХІМІЧНОГО складу (з еталюмінофора, визначаючи и по градуювальному лонною концентрацією атомів чи молекул) забезграфіку залежності інтенсивності люмінесценції від печує рекордно малу шерційність збільшення інтеконцентрації атомів і (чи) молекул газу нсивності ГХЛ у момент відкриття реперного пучка, що дає можливість реєстрації швидких змін У відомому способі не забезпечується контщільностей потоків і істотно збільшує швидкість роль за необоротними змінами стану люмінофора, % вимірів ( у 3 рази) Це обумовлено тим, що гетеступінь регенерації якого залежить від температурогенна люмінесценція збуджується безпосередри і часу термічного впливу, від величини залишньо в актах адсорбції і рекомбінації ЩІЛЬНІСТЬ покового тиску в об'ємі й інших факторів, що визнатоку і час експозиції в реперному потоці чають ступінь необоротності змін стану поверхні вибирається з умови малого збурення загального згодом Усе це істотно знижує надійність КІЛЬКІСНИХ тиску Р в вимірювальному осередку результатів, що одержуються у різних вимірах Складним є і саме градуювання люмінесцентного датчика в абсолютних одиницях кТ«Р, V В основу винаходу поставлена задача розроде S - площа отвору у вимірювальному осеребити спосіб визначення концентрацій молекул кисдку в МІСЦІ введення реперного потоку, V - об'єм ню і атомів кисню та водню у газовій фазі, в якому вимірювального осередку, к- постійна Больцмана, за рахунок уведення нової дії досягається підвиТ - абсолютна температура газу, t - час виміру щення надійності КІЛЬКІСНИХ результатів (абсолютПри реалізації способу, що заявляється, відсуних значень концентрацій) і відтворюваності ретня необхідність попередньої ПІДГОТОВКИ (термовазультатів вимірів, скорочення часу вимірювального куумної обробки), атестації поверхні і необхідності циклу, збільшення діапазону концентрацій, що попереднього градуювання люмінесцентного датреєструються, що дозволяє знизити матеріальні чика, що спрощує його реалізацію на практиці витрати за рахунок спрощення самого способу Визначення абсолютного значення концентрації виміру і його апаратурного забезпечення люмінесцентно-активних часток у вимірювальному Для рішення задачі у способі визначення коноб'ємі досягається шляхом виміру приросту інтенцентрації молекул кисню і атомів кисню та водню у сивності після відкриття реперного потоку атомів газах, що включає реєстрацію гетерогенної хемічи молекул такого ж ХІМІЧНОГО складу (з відомою люмінесценції, що збуджується на зразку з неорконцентрацією) на короткий проміжок (до 5 сек) ганічного люмінофора, який поміщається у виміЦе підвищує надійність результатів, одержуваних рювальний осередок, заповнений досліджуваним у різних циклах ДОСЛІДІВ, через відсутність впливу газом, ВІДПОВІДНО до винаходу, на короткий промінеоборотних змін стану поверхні з часом на одержок часу вводять і направляють на люмінофор жувані результати, у той час як у прототипах підгореперний потік люмінесцентно-активного газу татовка поверхні досягається її прогрівом Але при кого ж ХІМІЧНОГО складу (з еталонною концентраціцьому може мати місце неконтрольована зміна єю атомів, якщо виміряється концентрація атомів адсорбційно-люмінесцентних властивостей цієї чи молекул у випадку визначення концентрації поверхні в ході проведення вимірювальних циклів молекул у газі), а про шукану концентрацію атомів Експеримент по визначенню концентрації мочи молекул у досліджуваному об'ємі судять за лекулярного кисню фіг 1 У момент відкриття ti, приростом інтенсивності гетерогенної хемілюмінеколи інтенсивність СВІТІННЯ дорівнювала І х = 4 відн сценції в момент відкриття реперного потоку, ВІДПОВІДНО до співвідношення од , був відкритий на час At = з сек реперний пучок ЩІЛЬНІСТЮ] = 4-10 15 см 2 с 1 , при цьому інтенсивА Х ність люмінесценції збільшилася на АІ = 8 відн од n = 4 - - - - f - J , v ДІ Звідси, використовуючи пропоноване співвідноде v - середня швидкість теплового руху атошення мів досліджуваного газу чи молекул досліджуваного газу, Іх - інтенсивність СВІТІННЯ люмінофора до п х = 4 - - І ] О), v ДІ відкриття реперного пучка, j - ЩІЛЬНІСТЬ потоку чаотримуємо для величини концентрації молесток у реперному пучку, АІ - приріст інтенсивності кул О2 у вимірювальному об'ємі значення гетерогенної хемілюмінесценції Суть винаходу пояснюється кресленнями, де п х = 4 - - - - І ^ , = і ] 3*10 1 1 см- 3 у v ДІ на фіг 1 - залежність інтенсивності люмінесцентного СВІТІННЯ зразка СаО-Ві від часу експозиції в моМомент часу початку вимірів ti може бути облекулярному кисні (Ог) при визначенні концентрараний довільним образом, оскільки співвідношенції молекулярного кисню за допомогою молекулярного реперного потоку, фіг 2 - залежня — не залежить від t Реперний пучок ЩІЛЬНІСність інтенсивності люмінесценції при визначенні ДІ концентрації атомарного кисню в суміші Ог+О за тю j може бути сформований багатоканальним, допомогою атомарного реперного пучка, фіг 3 газодинамічним чи ефузійним джерелом При залежність інтенсивності люмінесценції при визнацьому площа S поперечного переріза пучка повинна перевершувати площу поверхні Sn0B люмінес1 x ! 61254 центного датчика (S»S n0 B), що досягається зменшенням розмірів люмінофора Шукану концентрацію пх визначають за співвідношенням інтенсивноіз використанням функціонального й ДІ аналого-цифрового перетворювачів, отже підвищується надійність КІЛЬКІСНОГО визначення атомів і молекул у газових сумішах за рахунок використання в розрахунках відносної величини інтенсивності люмінесценції На відміну від прототипів у винаході, що заявляється, шукана концентрація може обмірюватися без попередньої підготовки датчика в будь-який момент часу з високою частотою повторення, обумовленою швидкістю відкриття реперного пучка Припустимі межі вимірів концентрації часток у вакуумі чи газовій суміші при реалізації даного способу оцінюються в такий спосіб Найбільша припустима для реєстрації концентрація часток визначається швидкістю випромінювальної релаксації v-| центрів СВІТІННЯ В люмінофорі a - j m a x < V! =10 8 з" 1 (для дозволених дипольних переходів у центрі СВІТІННЯ), ЩО відповідає n m a x