Способ определения элементного состава аэрозольных частиц

(19 01 М 51 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ СВИДЕТЕЛЪСТ ВТОР-физический и овскии, в, В.Н,П В.Занин и количественного и минералов, М.: 3/30,кл, 0 относится к количественктрохимического состава может быть использовано ологической обстановки технологических процесГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕМЕНТНОГО СОСТАВА АЭРОЗОЛЬНЫХ ЧАСТИЦ (57) Изобретение относится к количественным методам спектрохимического анализа. Изобретениеным методам спевоздушных сред идля контроля экприродной средьсов,Известен споного состава аэрощий продувкуэлектрической дуонного спектра изсудят об элементНедостаткомляется невысокаловленная в частпопадающего ваэрозоля. Анали соб определения элементзольных частиц, включаю- аэрозоля через пламя ги и регистрацию эмиссилучения дуги, по которому ном составе частиц.указанного способа явя чувствительность, обусности малым количествоманализируемый объем зируемый объем ограниЦель изобретения - повышение чувствительности спектрохимического анализа воздуха. Исследуемую аэрозоль смешивают с распыленным вспомогательным порошком известного физико-химического состава и затем на полученную среду воздействуют импульсным лазерным излучением с энергией, достаточной для развития коллективного оптического пробоя, либо для инициирования процесса горения вспомогательного аэрозоля. О химическом составе исследуемого аэрозоля судят по эмиссионному спектру из высокотемпературной области анализа, Для . повышения чувствительности после импульса лазера исследуемая область может подогреваться СВЧ-излучением в течение периода времени, необходимого для проведения анализа.4 з.п.ф-л ы. чен размером дуги и,как правило, не превышает 10 см . Существенное увеличение объема дуги приводит к неустойчивому ее горению и значительному повышению энергозатрат.Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ определения элементного состава аэрозольных частиц, включающий воздействие на аэрозольную среду импульсным лазерным излучением, инициирующим оптический пробой в среде, и регистрацию эмиссионного спектра излучения факела, образовавшегося при пробое, по которому судят об элементном составе частиц.Недостатком данного способа является низкая чувствительность способа ограниченную, во-первых, коротким временем регистрации эмиссионного спектра, связанного с коротким временем существованияфакела оптического пробоя (- 10 с), во-вто рых, с малым количеством находящегося в 5области анализа аэрозоля, связанного с ограниченным размером факела пробоя,Б настоящее время существует остраянеобходимость в анализе элементного со3става частиц с концентрацией10 см для 10обеспечения безопасности персонала припроизводстве бериллия, чувствительностьприборов, контролирующих запыленностьвоздуха в производственных помещениях,должна быть не хуже 10 г/м, что соответствует концентрации частиц бериллия размером - 10 мкм на уровне 10 см-4 -3Цель изобретения - расширение диапазона регистрации анализируемых частиц всторону их минимальных концентраций с 20одновременным увеличением чувствительности способа,Цель достигается тем, что согласно способу определения элементного составааэрозольных частиц, включающему воздействие на аэрозольную среду импульснымлазерным излучением, инициирующим оптический пробой в среде, и регистрациюэмиссионного спектра излучения факела,образовавшегося при пробое, по которому 30судят об элементном составе частиц, передвоздействием лазерного излучения в исследуемый обьем распыляют вспомогательныймелкодисперсный порошок с размером частиц - 10 мкм известного химического состава, например негорючий порошок окисиалюминия (корунд) или химически активный(горючий) титан, Кроме того, на факел пробоя воздействуют направленным СВЧ-излучением в течение периода времени 40регистрации спектра анализируемого аэрозоля.Сущность изобретения заключается вследующем.Известно, что для осуществления оптического пробоя в воздухе, не подвергавшемся специальной очистке, необходимыплотности потока лазерного излученияФ- 10 Вт/см . Повышение количест 9 10 2ва находящихся в воздухе пылинок ведет к 50уменьшению пороговых значений Ф и придостижении определенных концентрацийчастиц (Кпор) в среде развивается низкопороговый коллективный оптический пробой(НКОП). Известно, что для инициирования 55НКОП требуются потоки Ф Бт/см, чтоб 2на 3 - 5 порядков ниже Ф, необходимых дляинициирования пробоя в воздухе, Размерчастиц б и Кпор для каждого вида порошкаподбирается индивидуально. Как следует из проведенных исследований, рекомендуемыми являются следуюшзие параметры; б 10 мкм, Кпор 10 ч/см, Эмиссионныйзспектр из области Н КОП состоит из спектра анализируемого аэрозоля и спектра вспомогательного порошка. Поскольку химический состав вспомогательного порошка известен, то идентификация анализируемого аэрозоля не вызывает трудностей,Кроме того, повышение чувствительности способа может быть достигнуто, если в качестве материала порошка вспомогательного аэрозоля выбрано вещество, которое окисляется с выделением большого количества тепла, например А (16,2 МДж/г), В данном способе создание высокотемпературной области, в которой происходит атомизация исследуемогО вещества и высвечивание его характерного эмиссионного спектра, происходит в течение времени горения вспомогательного аэрозоля, Поджег вспомогательного аэрозоля ссуществляется лазерным излучением, Повышение чувствительности достигается, во-первых, за счет более длительного времени регистрации излучения из высокотемпературной области (так время существования факела оптического пробоя .ь 10 с, а время горения аэрозоля, например А, с размером частиц 10 мкм составляет 10 - 10 с) и, во-вторых, за счет снижения Ф для инициибоования горения (так Ф для НКОП - 10 Вт/см, а2 для поджега частиц Мс 1 размером 10 мкм - 10 Вт/см ), что при той же энергии лазер 4 2ного излучения позволяет подвергать анализу большие обьемы.Кроме того, повышение чувствительности способа может быть достигнуто путем воздействия на факел пробоя направленным СВЧ-излучением в течение периода времени, требуемого для регистрации спектра анализируемого аэрозоля,Повышение чувствительности достигается увеличением времени регистрации характеристического спектра исследуемого аэрозоля, связанным с подогревом анализируемого объема направленным СВЧ-излучением.Так, например, для поддержания температуры анализируемого объема на уровне 3000 - 4000 Ко, необходимо СВЧ-излучение с плотностью потока энергии 10 - 100 Вт/см, которое достаточно просто получить с помощью серийных промышленных генераторов СВЧ,Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет при той же выходной энергии лазера подвергать исследованию, .:о-первых, значительно большие объемы1718056 способа анализа, перед воздействием лазерного излучения в исследуемой среде распыляют вспомогательный аэрозоль известного химического состава с размером 5 частиц 10 мкм и идентифицируют эмиссионный спектр с учетом спектральных характеристик вспомогательного аэрозоля,2, Способ по и. 1, о тл и ч а ю щ и й с ятем, что в качестве вспомогательного аэро золя распыляют корунд.3. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что в качестве вспомогательного аэрозоля используют горючее вещество,4. Способ по п,3, о т л и ч а ю щ и й с я 15 тем, что в качестве вспомогательного аэрозоля распыляют алюминий.5. Способ по п,1, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что на факел пробоя во время регистрации спектра воздействуют направленным 20 сверхвысокочастотным излучением,(на 3 - 5 порядков величины) анализируемых порций воздуха, во-вторых, значительно увеличить время регистрации эмиссионного спектра, что в обоих случаях в той же мере расширяет диапазон чувствительности способа в сторону уменьшения размеров анализируемых частиц и их концентраций. Формула изобретения 1. Способ определения элементного состава аэрозольных частиц; включающий воздействие на аэрозольную среду импульсным лазерным излучением, инициирующим оптический пробой в среде, и регистрацию эмиссионного спектра излучения факела, образовавшегося при пробое, по которому судят об элементном составе частиц, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения диапазона чувствительности 25 30 35 40 50 Составитель Д,Узиенко Редактор С,Патрушева Техред М,Моргентал Корректор С, ШевкунПроизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 874 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5