Способ определения концентраций молекул в газовых средах

(5)5 0 01 Й 2 ГОСУДАРСТВЕ ННЫ Й КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР Е ИЗОБРЕТЕ СКОМУ СВИДЕТЕЛЪСТВУ ния концентраций молекул в газовых средах, и может быть использовано для исследования газовых сред в технических устройствах. Цель изобретения - увеличение области применимости эа счет увеличения чувствительности и воэможности локальных изменений в газовых средах. Способ применим во всех видах пламен,при проведении исследований в кюветах и любых других устройствах, где наличие симметрии позволяет выбрать две точки для измерения интенсивности сигналов широкополосной флуоресценции, В способе проводят измерения интенсивности сигналов широкополосной флуоресценции в двух точках, вычисляют их отношение, а определение концентраций осуществляют по этому соотношению с учетом расстояния между точками,27 х температур АА.В,Мохов и А.П ССР федной плазмы гаэораэ с,20, Оаго Аеазвгепбосе ч 24оса аЬзоме ееоТ и а бОЬ- бйиогезсепсе - о 16, рр, 2478(54 СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦРАЦИИ МОЛЕКУЛ В ГАЗОВЫХ СРЕДАХ(57) Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способу определеИзобретение ной технике, а и ния концентра средах, и может следования газо ройствах, направления расу - координата вдолпространения излученияп(у) - населенностьуровня;К 1 - некото тС учетом и относится к измерительменно к способу определеций молекул в газовых быть использовано дпя исых сред в технических устоглощающего -г та рая конс оглощени и(у) с(у)орение обла л=К 1 бретения - расшиости,ность сигнала шенции без учетаях излучения, далея формулой Цель изо и применим Интенсив ой флуоресц ри мощност ения, даетсде с(у) -лощениеобъема во ирокополоспоглощения ких от насы)(ю) бу) б фл К 1 О и(у Выбирая две точки так, чтобы концентра ции молекул в них и поглощение излучения от объема возбуждения до фотоприемника е 4 - интенсивность пазия; ого излуче(21) 4602732/25(56) СпектроскопияМ;: Наука, 1970, с. 7Ятероцчзй О апбОН сопсепсатоп гпзоптаде Ьу азегАрреб Ортсз, 19852480.оэффициент, учитывающий поизлучения флуоресценции отбуждения до фотоприемника.Данная формула связывает измеряемое отношение в коэффициентом поглощения в центре линии Хо (у), который связан с концентрацией поглощающих молекул соотношениемго (у) = " 121 С и) (у)(4) Полная концентрация молекул равна й (у) = - - ехр ( ) О,где й - концентрация молекул;91 - статвес,Л Е - энергия 1-го уровня,Т - температура,С 1 - статсумма;ю 21 - частота перехода,В 12 - коэффициент Энштейна;1 Я - спектральная функция профилялинии;Жо - коэффициент поглощения;а - отношение интенсивностей;Ь - постоянная Планка;С - скорость света;Е - постоянная Больцмана;у - координата вдоль пучка излучениярезонансной частоты.В том случае, если зависимость зео(у)известна, возможно по измерениям в двухточках восстановить абсолютные значения концентраций вдоль пучка излучения,Если зависимость ЭЬ (у) не известна, товозможно либо определение средней концентрации молекул между точками у 1 и у 2путем предположения о прямоугольномпрофиле, либо снятие зависимости а(у 1,у 2) и по ней восстановление абсолютныхзначений концентрации вдоль пучка излучения в соответствии с выражением. Вспособе отсутствует требование о наличиипромежутка, не содержащего исследуемых молекул, Для большинства практических случаев (плоские пламена, кюветы ит.д.) выражения (3-5) сильно упрощаются.Так, для плоского пламени цилиндрическойформы с предварительным смещением гл(у)=сопы, д с Я - с (у 2) для двух лнсимметричных точек,Используя определение эквивалентнойширины линии (6, стр, 24) Аю = (1 - ехр (-Жо)СЬ, о б (д -- (1 о ) ) /Арф (у) аф;Т)=- У Здесь й - радиус пламени;у - координата вдоль направления излучения (у=0 на оси пламени).АрПоскольку значение - затабулироЪ овано(7), в данномслучае легко получить по измеренному отношению 1 фл(-у)/ фл(у) значение З По значению ЗЬо для каждого вида профиля линии (доплеровский, лоренцевский, фойхтовский) находится концентрация. В способе достаточно измерить сигнал широкополосной флуоресценции в двух точках, Измерение во второй точке производят перемещая источник исследуемой 35 среды вдоль оси уП р и м е р, Определение концентрациимолекул ОН в пропанвоздушном пламени горелки Меккера, Используют лазер на красителях 1 с ламповой накачкой типа Н 3000 "Лябда Фазикс" с удвоением частоты на кристалле КДР. В качестве красителя применяют родамин бЖ, Лазер настраивают в резонанс с линией О 1 (Л = 308,833 нм, 91 = 10), Длительность импульса -0,5 мкс, энергия в импульсе 0,1 мДж, ширина линии генерации 0,05 нм. Диаметр лазерного пучка в точке фокусировки. 0,3 мм, Прошедший через пламя лазерный луч направляют на ФЭУ - 87, сигнал с которого.пропорциональный мощности лазерного излучения, поступает на один из входов интегратора, Излучение флуоресценции собирают под углом 90" к; лазерному пучку. В качестве широкополосного фильтра используют монохроматор 5 МЗД, Ширину входной щели выставляют 0,04 мм, выходной - 2 мм, Сигнал с ФЭУнаправляютна второй вход интегратора и делят на сигнал с ФЭУ. Проводят усреднение по 100 импульсам, Для расчетов используют1665285 ями. Таким образом, способ имеет большуюобласть применимости. Составитель О. БадтиеваТехред М.Моргентал Корректор М. Кучерявая Редактор В. Данко Заказ 2388 Тираж 410 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина. 101 интенсивности сигналов, измеренных в двух точках, находящихся на расстоянии 0,7 см от центра горелки, которые составляют 0,908 В и 0,478 В, Ввиду осевой симметрии горелки концентрации молекул и поглощение излучения от объема возбуждения до входа фотоприемника совпадают для любых двух точек, находящихся на оси у на равном расстоянии от центра горелки,Вычисленное отношение измеренных сигналов а= 1,90.Отношение а = 1,90 соответствует значение Зс 0,90 см, следовательно. концентрация составляет 1,4 10 см . Следует отметить локальность данного метода, Зона измерений представляет собой цилиндр диаметром 0,3 мм и длиной 0,04 мм (длина зоны измерений определяется шириной входной щели монохроматора). Интенсивность измеряют только в двух точках, Способ применим во всех видах пламен, при проведении исследований в кюветах и любых других устройствах, где наличие симметрии позволяет выбрать две точки в соответствии с вышеприведенными условиФормула изобретения 5 Способ определения концентрации молекул в газовых средах, включающий формирование пучка излучения с частотой, отвечающей частоте поглощения анализируемых молекул, создание зоны измере ний путем фокусирования пучка в областьисследуемой среды, измерение посредством фотоприемника двух сигналов широкополосной, резонансной флуоресценции молекул, расчет искомой концентрации по 15 отношению полученных сигналов, о т л и ч аю щ и й с я тем. что, с целью расширения области применимости, в зоне измерений выбирают две точки, которые характеризуются равными величинами относительной 20 концентрации молекул и совпадающимизначениями поглощения флуоресценции на участке от зоны измерения до фотоприемника, проводят измерение флуоресценции в этих точках и учитывают расстояние 25 между ними при расчете абсолютной концентрации.