Комплекс для визначення елементного складу води на різних глибинах водних об’єктів

Реферат: Комплекс для визначення елементного складу води на різних глибинах водних об'єктів містить сполучений з бортовою апаратурою занурювальний пристрій, корпус якого виконаний у вигляді циліндра, в якому розміщені блоки вимірювальних приладів. Занурювальний пристрій містить пробовідбірну та сполучену з нею робочу камери, виконані у вигляді двох співвісних жорстко з'єднаних циліндрів. У пробовідбірній камері встановлені електродвигун і термостат, а в робочій камері - рентгеноспектральний флуоресцентний аналізатор з проточною кюветою, система живлення, вакуумна система, зливна ємність та вузол комунікації. UA 90315 U (54) КОМПЛЕКС ДЛЯ ВИЗНАЧЕННЯ ЕЛЕМЕНТНОГО СКЛАДУ ВОДИ НА РІЗНИХ ГЛИБИНАХ ВОДНИХ ОБ'ЄКТІВ UA 90315 U UA 90315 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до техніки вимірювань гідрохімічних параметрів водних середовищ в океанографічних, гідрографічних та екологічних дослідженнях і може бути використана для автоматичного аналізу води глибоководних природних та штучних водоймищ на різних глибинах in situ, зокрема для пошарового визначення хімічного забруднення морської води. Для моніторингу навколишнього середовища, зокрема водних об'єктів, відомий оптичний перетворювач для безпосереднього якісного та кількісного визначення речовини в рідкій пробі [1], побудований з використанням оптоелектронного твердотільного перетворювача, поверхня якого модифікована органічною матрицею, що самоорганізується, а принцип дії заснований на резонансі поверхневих плазмонів. Зазначений пристрій забезпечує швидкий якісний і кількісний аналіз рідких проб, але за умови використання його в лабораторних умовах. Відомий фотоелектричний аналізатор рідини [2] для виміру концентрації речовин у рідинах містить джерело монохроматичного випромінювання, робочу камеру складеної кювети, приймач оптичного випромінювання, мікро-ЕОМ, пульт керування, дисплей, багатоканальний цифроаналоговий перетворювач, проміжну ємність, дві буферні ємності, електрооптичний модулятор, радіочастотний генератор із блоком перебудови частоти. Однак використання для аналізу води безпосередньо на різних глибинах водних об'єктів зазначеного пристрою не передбачено. Зазначені відомі пристрої за своїми метрологічними показниками (діапазони вимірювань, межи виявлення, похибки та ін.) та експлуатаційними властивостями (електроживлення, захист від впливу оточуючого середовища та ін.) призначені для експлуатування у виробничих (лабораторних) умовах, для вимірювання окремих показників якості проб води, що попередньо відібрані за допомогою спеціальних склянок, батометрів та за допомогою різних пробовідбірників. А за умов підйому проб з великих глибин через порушення рівноваги концентраційних співвідношень та втрату розчинених газів, а також через можливе довготривале зберігання проб у склянках та пов'язані з цим процеси коагуляції та випадіння осаду зважених речовин, мають місце значні викривлення репрезентативності досліджуваних в лабораторних умовах проб води. Відомі комплекси, що забезпечують поєднання відбору та аналізу проб під водою. Наприклад підводна обсерваторія [3] призначена для підводних досліджень морів та океанів. Підводна обсерваторія з'єднана з бортовим комплексом та містить встановлений на рамі герметичний корпус сферичної форми, в якому встановлені засоби реєстрації геофізичних, гідрофізичних та гідрохімічних параметрів, засоби зв'язку з комплексом бортової апаратури, датчик тиску, датчик виявлення метану, датчики ядерно-магнітного резонансу та ін. Основними недоліками підводної обсерваторії є локальність моніторингу, складність експлуатації в періоди паводків або при наявності льодового покрову, а також орієнтація, головним чином, на гідрологічні та інтегральні показники. Найближчим аналогом запропонованої корисної моделі є скануючий зонд для роботи в океані [4], який містить сполучений з бортовою апаратурою занурювальний пристрій, корпус якого виконаний у вигляді циліндра, в якому розміщені блоки вимірювальних приладів. Недоліками найближчого аналога є необхідність використання спеціальних гідрореагуючих речовин для створення при хімічній реакції з морською водою великого об'єму газової суміші, а головне: відсутність можливості вирішення задач, пов'язаних з аналізом елементного складу води на різних глибинах досліджуваного водного об'єкта. В основу корисної моделі поставлена задача підвищення продуктивності і інформативності зондування природних та створених штучно водних об'єктів з метою аналізу елементного складу їх вод за рахунок створення можливості проведення аналізу на різних глибинах in situ. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому пристрої [4], що містить сполучений з бортовою апаратурою занурювальний пристрій, корпус якого виконаний у вигляді циліндра, в якому розміщені блоки вимірювальних приладів, згідно з корисною моделлю, занурювальний пристрій містить пробовідбірну та сполучену з нею робочу камери, виконані у вигляді двох співвісних жорстко з'єднаних циліндрів, причому в пробовідбірній камері встановлені електродвигун і термостат, а в робочій камері - рентгеноспектральний флуоресцентний аналізатор з проточною кюветою, система живлення, вакуумна система, зливна ємність та вузол комунікації. Крім цього занурювальний пристрій та бортова апаратура, яка містить джерело живлення, центральний пульт управління процесом вимірювання зі світловою індикаторною панеллю та вузол комунікації, сполучені між собою за допомогою кабель-тросу, з'єднаного з відповідними вузлами комунікації. 1 UA 90315 U 3 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Найкраще, коли об'єм кожної досліджуваної проби води дорівнює 0,95-1,05 см , а об'єм 3 зливної ємності дорівнює 3000,00-3500,00 см . Комплекс для визначення елементного складу води на різних глибинах водних об'єктів являє собою керований з борту дослідницького судна глибоководний занурювальний апарат, основним конструктивним вузлом якого є рентгеноспектральний флуоресцентний аналізатор, призначений для аналізу елементного складу води на необхідній глибині. Робота рентгеноспектрального флуоресцентного аналізатора основана на збуджені характеристичного рентгенівського випромінювання атомів елементів, що міститься в досліджуваній пробі, та реєстрації вторинного флуоресцентного випромінювання напівпровідниковим детектором. Автоматично ідентифікуються спектральні лінії, які відповідають вміщеним в пробі елементам, та визначаються інтенсивності цих ліній. При цьому інтенсивність лінії пропорційна концентрації елемента. Суть корисної моделі пояснює креслення. На кресленні цифрами позначені: 1 - робоча камера; 2 - система живлення, 3 рентгеноспектральний флуоресцентний аналізатор, 4 - пробовідбірна камера, 5 - термостат, 6 пробовідбірні клапани, 7 - електродвигун, 8 - проточна кювета, 9 - детектор рентгенівського випромінювання, 10 - вузол комунікації, 11 - спектрометричний тракт, 12 - вакуумна система, 13 - кристал-аналізатор, 14 - рентгенівська трубка, 15 - зливна ємність. Крім цього, до комплексу входять (на зображені не показано) бортова апаратура, яка містить джерело живлення, центральний пульт управління процесом вимірювання зі світловою індикаторною панеллю та вузол комунікації. Запропонований комплекс для визначення елементного складу води на різних глибинах водних об'єктів працює наступним чином. За допомогою пробовідбірних клапанів 6 безперервно дрібними порціями об'ємом 0,95-1,05 3 см відбирається вода на глибині занурення пробовідбірної камери 4 до заповнення термостату 8 до заздалегідь встановленого рівня. Після термостатування чергова порція (проба) води надходить до проточної кювети 8, розміщеної у рентгенівській камері рентгенофлуоресцентного аналізатора 3. Під впливом первинного випромінювання рентгенівської трубки 14 відбувається збудження вторинного (флуоресцентного) випромінювання у черговій пробі води, що містить аналітичну лінію досліджуваних елементів, які входять до складу проби. Флуоресцентне випромінювання від проби надходить у спектрометричний тракт 11, де розкладається у спектр кристал-аналізатором 13, і аналітична Кα - лінія елемента прямує на вхідне вікно детектора рентгенівського випромінювання 9, що є першим елементом системи реєстрації. Сигнал з детектора випромінювання 9 надходить у спектрометричний тракт 11, звідки інформація про інтенсивність характеристичного випромінювання хімічного елемента у досліджуваній пробі у цифровому вигляді по кабелю передається на бортову апаратуру і виводиться на світлову індикаторну панель та на центральний пульт управління. Сума імпульсів, набрана за визначений проміжок часу, характеризує інтенсивність даної аналітичної лінії, що знаходиться у певній залежності від концентрації елементів у досліджуваній пробі води. Спектрометр забезпечує проведення аналізу за методом постійного часу, при якому лічення імпульсів відбувається протягом деякого наперед заданого і однакового для реперних (стандартних) розчинів та досліджуваних проб проміжку часу. Використовуючи градуювальні криві або відомі математичні залежності, за результатами вимірювання інтенсивностей визначають вміст аналізованого елемента у досліджуваній пробі. Відпрацьовані проби води накопичуються у зливні ємності 15, об'єм якої дорівнює 3000,003 3500,00 см . З метою підтвердження промислової придатності запропонованої корисної моделі був розроблений та виготовлений експериментальний зразок комплексу для визначення елементного складу води на різних глибинах водних об'єктів, який пройшов випробування акваторії Чорного моря. Одержані результати наведені таблиці. Крім цього в реальних умовах запропонований комплекс показав значну швидкодію визначення складу проб, а саме: час з моменту забору води у пробовідбірну камеру до одержання концентрації вміщених в ній елементів займає менш ніж 1 с Це підтверджує високу репрезентативність проб та дозволяє точно фіксувати місце їх відбору, що дуже важливо при площівній (декілька сотень вимірів) зйомці. 60 2 UA 90315 U Таблиця Хімічний елемент Na Mg СІ S K Са 5 10 15 10 5355±107 690±14,0 9690±194 451±9,1 193,5±3,9 204±4,1 Вміст хімічного елемента, мг/л на глибині, м 50 100 150 5715±114 6430±129 7140±143 736±14,7 828±16,6 920±18,4 10336±207 11630±233 12920±258 482±9,6 542±10,8 602±12,1 206±4,13 232±4,6 258±5,2 218±4,4 245±4,9 272±5,4 Експериментальний зразок комплексу показав високу оперативністю та достовірність визначення мікрозмінення концентрацій компонентів основного сольового складу від проби до проби для вирішення ряду задач при дослідженні структури гідрохімічного поля. Корисна модель може використовуватись також для океанографічних, гідрографічних і екологічних досліджень в технологічних процесах, пов'язаних з контролем концентрації різних речовин, розчинених на різних глибинах природних та штучних водоймищ. Джерела інформації: 1. Патент UА № 34994, G01N 21/55, G01N 30/93, опубл. 15.03.2001, бюл. № 2 Оптичний перетворювач для безпосереднього якісного та кількісного визначення речовини в рідкій пробі. 2. Патент UA № 70228, G01N 21/85, опубл. 15.09.2004, бюл. № 9. - Фотоелектричний аналізатор рідини. 3. Патент RU № 2468395, G01V 11/00, В63В 22/00 опубл. 27.11.2012. Подводная обсерватория. 4. Патент RU № 2445229, В63В 22/00, В63В 22/20, опубл. 20.03.2012 - Сканирующий зонд для работы в океане. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 25 30 1. Комплекс для визначення елементного складу води на різних глибинах водних об'єктів, який містить сполучений з бортовою апаратурою занурювальний пристрій, корпус якого виконаний у вигляді циліндра, в якому розміщені блоки вимірювальних приладів, який відрізняється тим, що занурювальний пристрій містить пробовідбірну та сполучену з нею робочу камери, виконані у вигляді двох співвісних жорстко з'єднаних циліндрів, причому в пробовідбірній камері встановлені електродвигун і термостат, а в робочій камері - рентгеноспектральний флуоресцентний аналізатор з проточною кюветою, система живлення, вакуумна система, зливна ємність та вузол комунікації. 2. Комплекс за п. 1, який відрізняється тим, що занурювальний пристрій та бортова апаратура, яка містить джерело живлення, центральний пульт управління процесом вимірювання зі світловою індикаторною панеллю та вузол комунікації, сполучені між собою за допомогою кабель-тросу, з'єднаного з відповідними вузлами комунікації. 3. Комплекс за п. 1 або п. 2, який відрізняється тим, що об'єм кожної досліджуваної проби води 3 3 дорівнює 0,95-1,05 см , а об'єм зливної ємності дорівнює 3000,00-3500,00 см . 3 UA 90315 U Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4