Способ определения концентрации люминесцирующих примесей в воде

мано детельство СССР13/00, 1980.тельство СССР13/00,1978 бина сумм тами трац н ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ЛЮМИНЕСЦИРУ(ОЦИХ ПРИМЕСЕЙ В ВОДЕ путем зондирования природных вод монохроматическим излучением лазера, приема излучения природных вод на частоте комбинапионного рассеяния воды в участке спектра фото- люминесценции примеси и измерения яркости излучений, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повыения точности измерения, зондироваие ведут излучением с частотой,меньшей частоты спектра фотолкминесценции примеси на величину ччстотыстоксовой компоненты комбинационного рассеяния воды 3440 см 1, приемизлучения природных вод в участкеспектра фотолюминесценции примесиведут на двух частотах 1, и 42 наодин фотоприемник при значениичастотд =+ Ь,где 1 - частота комбинационногорассеяния воды;6 3: (1-5) а 0:о - ширина полосы частот излучения лазераизмеряют сумму яркостей излучения природных вод с частотой,и 2 и по полученным значениямяркости излучения на частоте комционного рассеяния воды иы яркостей излучений с частои 12, определяют концению примеси в воде.Изобретение относится к технике съемки водных пространств с воздуха и может быть использовано при исследовании загрязнения природных нод нефтью и нефтепродуктами и для определения первичной продук тивности.Известен способ определения гидрохимических и гидробиологических характеристик природных вод по измерениям изменения мощности им О пульсного излучения природных вод при облучении их импульсом излучения лазера 11 .Однако известный способ сложен по своей технической реализации. 15Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ определения люминесцирующих примесей в воде путем зондиро,вания природных вод монохроматическим излучением лазера,приема излучения природных вод на частоте комбинационного рассеяния воды и в участке спектра фотолюминесценции примеси и измерения яркости 25 излучений 21 .Из не стный спо соб поэ вол яет определять наличие примесей в воде по отношению яркостей излучения н участках спектра свечения примесей к яркости излучения комбинационного рассеяния воды в ультрафиолетовой области,Недостатком способа является невысокая точность определения кон.центрации примесей в подпонерхностных слоях природных вод, точность измерений уменьшается с глубиной. Это обусловлено тем, что спектры фотолюминесценции хлорофилла и загряз нителей нефтяного происхождения лехат 40 в видимой области, а прозрачность воды в видимом и ультрафиолетовом диапазонах различна, С увеличением глубины разница в ослаблении излучений увеличивается и спектр излу чения подповерхностного слоя природных вод искахается.Цель изобретения - повышение точности измерения.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения концентрации люминесцирующих примесей в воде путем зондирования природных вод монохроматическим лучом лазера, приема излучения природных вод на частоте комбинационного рассеяния воды и н участке спектра фотолюминесценции примеси и измерения яркости излучений, зондирование ведут излучением с частотой, меньшей частоты спектра фотолюминесценции примеси на величину частоты стоксовой компоненты комбинационного рассеяния воды 3440 см , прием излучения природных вод в участке спектра фотолю минесценпни примеси ведут на днух частотах 1 и 9 на один фотоприемник при значении частоту 1=1 Ь, где у - частота комбинационного рассеяния воды, 6 1 = (1-5) Ь 9 о, Ь 1 о -шиГина полосы частот излучения лазера, измеряют сумму яркостей излучения природных вод с частотами 1, ии по полученным значениям яркости излучения на частоте комбинационного рассеяния воды и суммы яркостей излучений с частотами 1 и 12 определяют концентрацию примеси в водеВ общем случае мощность излученияпопадающего на фотоприемник оптико-электронного приемного устройства, может быть определена иэ соотношения:Р=МЛ епр, (1) где (. - яркость излучения природных нод;- коэффициент пропускания атмосферы и приемной оптической системы; ( - передний апертурный угол приемной системы.С учетом оптических характеристик у)риродных вод, характеристик лазер- його излучения и геометрии зондирования соотношение (1) можно преобразовать к видугде Гмощность излучения на ча" стотеФ о, у о - частота излучения лазера; С - скорость света в воде; -. КЧ (1 о )у К 1 - коэффициент подобия; Ч (1) - показатель излучения фотолюмйнесценции и комбинационного рассеяния воды; т(,1)функция изменения мощности импульса излучения лазера; Я - энергия излучения лазера; ф - коэффициент; бф= (б 6)/2; б:(Ео+Ц/г; 5, Е - пока. эатели рассеяния и ослабления воды на частоте, 1" о б=о = о с- время излучения природных воду Е - расстояние между приемно-передакщей системой и уровнем природных нод н направлении зондирования.Для малых длительностей импульса излучения лазераЕ) с 1Ч(1,)о) 1-р ф-бф)с" Е И(,МИзвестно, что отношение показателя излучения фотолюминесценции Ч(1 о) к показателю комбинационного рассеяния водыЧ(, ) есть функция, зависящая от концентрации примеси в воде.Определяя это отношение п по отношению мощности излучения приЗаказ 319/41 Тираж 823 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Иосква, Т, Рауиская наб., д. 4/5Филиал ППППатент , г. Ужгород, Ул, Проектная, 4 ционного рассеяния воды, и одновремен ное измерение яркости излучения комбинационного рассеяния воды позволяет определять концентрацию примеси в воде с более высокой точностью,Например, для определения первичной продуктивности моря с перемещающегося в пространстве носителя зон дируют природные воды монохроматическими излучениями лазера на растворах органических соединений, гене рирукицим излучение с частотой 1= 18140 см (9 0,55 мкм). С помощью приемной оптической системы импульсного спектрофотометра принимают излучение природных род в участке спектра Фотолюминесценции хлорофилла. В этом участке спектра лежит спектральная составляющая комбинационного рассеяния воды 4 = 14700 см (Я =0,68 мкм) . Полупрозрачным зеркалом разделяют принятый световой поток на две составляющие. В ходе двух составляющих светового потока установлены полевые диафрагмы и конденсаторы, которые собирают проыедиее через полевые диафрагмы и элуче ние на чув ствительные площадки двух фотоприемников с интерференционньми Фильтрами. Светофильтр первого Фотоприемника пропускает излучение с частотой 1 = 1 " =14700 см(3=0,68 мкм) . Светофильтр второго Фотоприемника состоит иэ двух половинок. Одна часть пропускает- излучение с частотой= 15385 см а вторая - с частотой 1 -" 13699 см (Ъ 0,65 мкм;3=0,73 мкм) . С помощью первого Фотоприемника измеряют яркость излучения природных вод на частоте комбинационного рассеяния воды, с помощью второго Фотоприемника измеряют сумму яркостей излучения природных вод с частотой 9 и 12 и по полученным значениям яркостей определяют концентрацию хлорофилла в воде. Использование предлагаемого способа определения гидробиологических и гидрохимических характеристик природных вод обеспечивает по сравнению с известими способами повыцение точности измерений. Тем самым повыиается эффективность исследования природных ресурсов моря с помощью лазерой техники.