Способ определения концентрации углеводородов

(19) 01) 8496 1 Б 21/25 ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ВТОРСКОМУ СВИ о-фиэичес чихни др. Прибориие Ме) пользова и нализа длких ипргеология(54)(57) СПОСОБ О РАЦИИ УГЛЕВОДОРОД мерение разности го излучения, ча падает с область линий поглощения ПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТ-ОВ, включающий иэослабления лазернотота которого соню центра одной из метана и полосой поим решеия кона лазерого совй из лиой пов изм анам давле- содерующее одородов. ч ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ПНТ СССР"Машиностроение", 197380-81.Антропов, П.Я. и др.методов лазерного газорешения ряда геологичеловых задач. "Советская1979, У 10, с. 92-98. Изобретение относится к области газового анализа и может. быть исполь зовано в геохимических исследованиях, и при контроле загрязнения окружающей среды.Известен способ.опреводородов в их смеси с щь вой хроматографии.Недостатком указанного способе является малое быстродействие при проведениианализа (порядка 10 мин) то усложняет применение хроматографии при проведении газовой съемки на больших площадях. глощения высших углеводородов, визмерительном объеме, содержащеманализируемый гаэ при атмосферномдавлении, и сравнительном объеме, содержащем эталонный газ, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью определения суммарной концентрации углево"дородов эа исключением метана, срав"нительный объем наполняют анализируемым газом, устанавливают в нем дав-ление газа меньше, чем в измерительном объеме, так, чтобы оно находилось в диапазоне значений междудавлением, при котором линии поглощения метана сливаются в непрерывнуюполосу, и давлением, при котором лоренцевская ширина равна допплеровской ширине используемой линии поглощения метана, причем длину оптического пути в сравнительном объеме устанавливают так, чтобы поглощение лазерного излучения метаном в обоихобъемах было одинаково. Наиболее близким техничеснием является способ определ центрации углеводородов, вклю измерение разности ослабления ного излучения, частота котор падает с областью центра одн ний поглощения метана и поло глощения высших углеводородо мерительном объеме, содержащ лиэируемый газ при атмосферы нии, и сравнительном объеме, жащем эталонный гази послед вычисление концентрации угле45 з 101849Целью изобретения является определение суммарной концентрации углеводородов за исключением метана.Поставленная цель достигается тем, что в способе определения кон 5 центрации углеводородов, включающем измерение разности ослабления лазерного излучения, частота которого совпадает с областью центра одной из ли ний поглощения метана и полосой поглощения высших углеводородов, в измерительном объеме, содержащем анализируемый газ при атмосферном давлении, и сравнительном объеме, содержащем эталонный газ, сравнительный объем наполняют анализируемым газом, устанавливают в нем давление газа меньшечем в измерительном объеме, так, чтобы оно находилось в диапазоне значений между давлением, при котором линии поглощения метана сливаются в непрерывную полосу, н давлением, при котором лоренцевская ширина равна допплеровской ширине используемой линии поглощения метана, причем длину оптического пути в сравнительном объеме устанавливают так, чтобы поглощение лазерного излучения метаном в обоих .объемах было одинаково.На чертеже представлена реализа. ция способа.Устройство содержит лазер 1, например Не-Не с Л = 3,3922 мкм, оптические элементы 2, 3, 4, 5, образуюЗБ щие двухканальную оптическую систему, измерительный объем (кювета) б с анализируемым газом при атмосферном давлении, сравнительный объем40 (кювета)с анализируемым газом пониженного давления, например О, 1 атм, .противофазный модулятор 8 лучей, аттенюатор 9 для выравнивания интенсивностей в каналах оптической системы, фотоприемник 10.Реализуют способ следующим образом. Иеред измерениями уравнивают интенсивности лазерного излучения в каналах двухлучевой системы, поэтому50 в случае отсутствия анализируемого газа в кюветах переменный сигнал на выходе схемы отсутствует, После этого в кюветы напускают анализируемый газ при давлении, например 1,0 и О, 1 атм, и устанавливают согласно из-, "5 вестной зависимости коэффициента поглощения метана от давления газовой среды для излучения Ъ = 3,3922 мкм 64длины кювет так, чтобы поглощениелазерного излучения за счет метанав обоих кюветах было одинаково. Приуказанных давлениях газа в кюветахих длины, при которых поглощениелазерного излучения в них будет одинаково, соотносятся как 1,ОО ситм= 0,78 1 , , . Как показали измерения, коэффициенты поглощения высших углеводородов для излучения= 3,3922 мкм примерно равны и имеютодинаковые зависимости от давлениягазовой среды. При этом, т.к. излучение с Й = 3,3922 мкм попадает вобласть максимума одной из линийпоглощения метана, эти зависимостив диапазоне изменения давлений отвеличины давления, при котором лоренцевская ширина становится сравнимойс допплеровской шириной используемой линии поглощения метана (примерно 0,05 атм), до величины давления,при котором отдельные линии поглощения метана сливаются в непрерывнуюполосу (примерно 2 атм), существенно отличны от зависимости коэффициента поглощения метана от давления.газовой среды. В силу того, что давление газа в измерительном и сравнительном объемах (1,0 атм и 0,1 атм)лежит в указанной области, равенствоинтенсивностей излучений в каналахсистемы нарушается, и на выходедвухлучевой оптической системы начастоте модуляции лучей возникаетпеременный сигнал, регистрируемыйфотоприемником 10, который соответсвует содержанию высших углеводородов- .в анализируемом газе.Концентрацию высших углеводородовможно вычислить с помощью законаБугера. Интенсивность лазерного излучения в каналах системы равна11 = 1,ехр(-К,1 с - К 1,с )м- + д 1 = 1 оехр(-К 12 с- Кь 1 сЬ),где 1 - интенсивность лазерного изолучения в каналах системы в отсутствие анализируемого газа; д 1 - разность поглощений лазерного излученияв двух кюветах; индексы 1, 2 относятся соответственно к кюветам с давлением О, 1 и 1, 0 атм; К", К- соответетвенно .коэффициент поглощенияметана и средний коэффициент поглощения высших углеводородов; 1 - длинакюветы. Решая полученную систему. Государственного комитета по изобретениям 113035, Москва, Ж, Раушская н дисное открытиям при ГКНТ СССР , д. 4/5 изводственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,1 5 101уравнений относительно с с учетомтого, что К 1, = Кг 1 г,.получим:. Г 1 п(1 + а 11,3 ДК,1, - К,1 ) По этой формуле, измеряя величины 1,ив 1 и зная значения Кю К 1 и 1 гвможно вычислить суммарное содержаниеуглеводородов ц анализируемом газеза исключением метана. 6Предложенный способ позволяет определять содержание суммы высших углеводородов на уровне до 10 от содержания метана. Такая селективная способность к обнаружению суммы высших углеводородов на фоне метана вполне достаточна, например, при измерениях, в геохимических исследованиях, при контроле загрязнения окружакицей среды.