Способ определения концентрации молекулярного йода в газах

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 39) (Н) 605 А 01 й 2164 ЗОБ РЕТ НИ О ек при облув двух диа которых1,0 ГГц), а Р 1 - частота а усиленияаций по сисГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССРАВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) Авторское свидетельство СССРМ 1638614, кл, 6 01 й 21/64, 1989.(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ МОЛЕКУЛЯРНОГО ЙОДА В ГАЗАХ(57) Изобретение относится кобласти измерительной техники и может найти применеИзобретение относится к измерительной технике и может найти применение ватомной энергетике, охране окружающейсреды при измерениях концентрации примесей молекулярного йода в газовых средах,Наиболее близким к предлагаемому является способ определения концентрациимолекулярного йода в газах, включающиймодуляцию излучения перестраиваемого почастоте гелий-неонового лазера, облучениелазерным модулированным излучениемячейки,.содержащей исследуемый газ, пер-,вой реперной ячейки, содержащей газ с известной концентрацией изотопа .1,второй реперной ячейки, содержащей газ сосмесью изотопов 3 и ) пи относительном содержании изотопа ,) 40 - 60 ,третьей реперной ячейки, содержавшей газ сизвестной концентрацией изотопа А регистрацию сигналов флуоресценции 31 и 52 2ние в атомной энергетике, охране окружающей среды, при измерениях концентрации примесей молекулярного йода в газовых средах. Сущность заключается в том, что в излучениях флуоресценции от исследуемой и реперных ячеек спектрально селектируют, например, с помощью интерференционных светофильтров, анти-стоксовы компоненты флуоресценции молекулярного йода, принадлежащие области спектра от 585 до 625 нм, трансформируют, например. с помощью фотоэлектронных умйожителей эти компоненты излучений в электрические сигналы флуоресценции и регистрируют полученные электрические сигналы. 2 ил,от исследуемой и реперных яче чении их лазерным излучением пазонах частот, первый и соответствует частотам и - (О второй Р 1+(1,2 - 2,2 Гц), где центра неотстроенного контур 2 йе, расчет искомых концентр теме уравн ении, Х+2 ф 1 Х У 1+у 1 У) и=(а ХГ+2 Р 2 Х %+У д)о +Уо =1,где 31, 32 (=0,1, 2, 3) - сигналы флуоресценции от исследуемой, первой, второй и третьей реперных ячеек при облучении их в первом и во втором диапазонах частот соответственно; пь Х 1, У - кон центрация молекулярного йода и относительное содержание изотопов 1 и 2 3 в смеси, 17446055 10 15 20 25 30 35 40 451,Здесь 51, 32 =0,1,2, 3) - сигналы флуоресценции от исследуемой первой, второй,третьей реперных ячеек при настройке частотного контура лазера на первый и второйдиапазоны частот соответственно;пь Хь У (=0,1. 2, 3) - концентрациямолекулярного йоуа и относительное содержание изотопов 1 и 3 всмеси в иссле 1дуемой, первой, второй, третьей реперныхячейках соответственно; а 1, аг, В 1, Ь у 1. уг- градуировочные коэффициенты. Так какзначения 31, 52 (=0,1,2, 3), п 1, Х У( =1. 2,3) известны, то приведенная система уравнений разрешима относительно по Хо, Уо.Из двух ее решений выделяется единствена 1,а 2,31,Д, у 1, р - градуировочные коэффициенты,Однако точность определения концентрации молекулярного йода данным способом снижается при наличии в исследуемомгазе диоксида азота, так как гелий-неоновый лазер возбуждает флуоресценцию НО 2,которая искажает регистрируемый сигналфлуоресценции молекулярного йода. Установлено, что при отношении концентрацииМ 02 к концентрации молекулярного йода висследуемом газе большем или порядка 10сигнал флуоресценции И 02 превышает величины сигналов флуоресценции А,1291 12 регистрируемых данным способом. Диоксид азота является основнымкомпонентом газовой смеси. образующейсяпри растворении отработавшего ядерноготоплива, содержащего 3 и 1, что суще 129 127ственно ограничивает точность опреуеления концентрации изотопов 3 и .1 в129 1газообразных продуктах переработки облученного топлива указанным способом,Цель изобретения - повышение точности определения изотопа 3 в присутствии129диоксида азота.Указанная цель достигается тем, что согласно при регистрации флуоресценции выделяют анти-стоксовы компонентыфлуоресценции молекулярного йода в области длин волн от 585 до 625 нм,На фиг, 1 изображена схема по реализации способа определения концентрациимолекулярного йода в газах.Схема содержит перестраиваемый почастоте гелий-неоновый лазер 1, модулятор2 лазерного излучения, исследуемая ячейкасо смесью изотопов .1 и 3 в газе, содержащем диоксид азота Зпервая репернаяячейка с известной концентрацией изотопа129,1 в газе 4, вторая реперная ячейка с известными концентрациями изотопов 1 и1293 в газе при относительном содержанииизотопа 19,1 в смеси с ,1 - 40-605,третья реперная ячейка с известной концентрацией изотопа ) в газе 6, интерферен 127ционные светофильтры, отсекающиерассеянное лазерное излучение на длиневолны 633 нм 7, 8, 9 и 10, интерференциониые светофильтры, выделяющие областьспектра от 585 до 625 нм 11, 12, 13, 14,фотоэлектронные умножители 15, 16, 17 и13, блок 19 питания фотоэлектронных умножителей 19, детектор 20 сигналов с фотоэлектронныхх умножителей.Порядок действий при реализации способа определения концентрации молекулярного йода в газах слЕдующий, Частотныйконтур перестраиваемого по частоте гелийнеонового лазера настраивается на первый диапазон частот; 0 - 1,0 ГГц в длинноволновую сторону от центра неотстроенного контура усиления 1 че. Излучение лазерагопроходит через модулятор лазерного излучения и попадает последовательно в исследуемую ячейку, первую, вторую и третью реперные ячейки, возбуждая в этих ячейках флуоресценцию соответствующих изотопов молекулярного йода, а также флуоресценцию диоксида азота. Излучения флуоресценции от ячеек проходят через соответствующие интерференционные светофильтры, отсекающие рассеянное лазерное излучение на.длине волны 633 нм, затем через соответствующие интерференционные светофильтры, выделяющие область спектра от 585 до 625 нм, попадают в соответствующие фотоэлектронные умножители, где преобразуются в электрические сигналы флуоресценции. Электрические сигналы флуоресценции с выходов фотоэлектронных умножителей поступают в детектор, где . выделяются иэ шумов фотоэлектронных умножителей путем синхронной демодуляции этих сигналов (опорный сигнал с частотой модул 1 щии лазерного излучения подается на детектор от модулятора лазерного излучения) и регистрируются, Затем частотный контур лазера настраивается на второй диапазон частот 1,2-2,2 ГГц в коротковолновую сторону от %ентра неотстроенного контура усиления гЙе, и регистрация сигналов флуоресценции от ячеек производится в этом диапазоне частот лазера. Детектор производит вычисление концентраций молекул )2) 3,129 129 127 12732 в исследуемой ячейке путем решения системы уравнений: 11 =(а 1 Х 1+2 ф 1 Х У+у 1 У 1) п, Я 5 =(аг Х+2 фг Х 1 У+уг Уг) и 1, Хо+Уо =1ное, имеющее физический 7 смысл. Концентрации молекул 32,А 32 в иссле 129 129 12дуемой ячейке выражаются через величины по, хо, уо в следующем виде П 129,1 2 = ПоХо П 129.гЩ 2ПоХоУо,2П 127,1, ПоУо2При реализации предлагаемого способа рассеянное лазерное излучение отисследуемой и реперных ячеек на длине волны 633 нм может быть устранено непосредственно интерференционными сфетофильтрами, выделяющими область спектра от 585 до 625 нм (фиг. 1; поз, 11 - 14). Однакоэто накладывает дополнительные ограничения на пропускание таких светофильтров в области 585-625 нм. Поэтому при реализации способа целесообразно использовать также и светофильтры, специально предназначенные для отсечения рассеянного лазерного излучения (фиг, 1, поэ, 7 - 10).С целью пояснения способа определения концентрации молекулярного йода в газах (фиг. 2) показан спектр флуоресценции с 1 меси изотопо 9 в молекулярного йода (76./2,223 д,2 ф,/2), ВОЗбукденной излучением Не - Не ( Л нм) лазера в отсутствие перестройки по частоте (частотная перестройка лазера приводит к изменению интенсивностей отдельных спектральных линий, но не к изменению их положения по шкале длин волн), Спектр флуоресценции состоит из стоксовой и анти-стоксовой частей, причем анти-стоксовы колебательно-вращательные линии флуоресценции лежат в диапазоне длин волн от585 до 625 нм,Спектр флуоресценции диоксида азота,возбужденной излучением гелий-неонового5 лазера ( Л = 633 нм), состоит лишь из стоксовой части за исключением нескольких чистовращательных анти-стоксовых линий, принадлежащих диапазону длин волн от 632 до633 нм. Поскольку стоксова часть Флуорес 10 ценции состоит как из отдельных колебательно-вращетельных линий, так и изконтинуума, простирающегося от 633 нм винфракрасную область спектра, то дажеузкополосное выделение самых сильных15 стоксовых линий флуоресценции молекулярного йода не позволяет избавиться отвлияния Флуоресценции МО 2. В то же времявыделение анти-стоксовой области флуоресценции йода полностью устраняет это20 влияние.Таким образом, предлагаемый способпозволяет повысить точность определения129изотопа 1 в присутствии диоксида азота. 25 Формула изобретенияСпособ определения концентрации молекулярного йода в газах по авт. св. М 1638614,отличающийся тем,что, с целью повышения точности определения 30 изотопов йода в присутствии диоксидаазота, при регистрации флуоресценции выделяют анти-стоксовы компоненты Флуоресценции молекулярного йода в области длин волн от 585 до 625 нм, величины интен сивностей которых используют в качествеаналитических сигналов 51, 32 (1=0,1,2,3), 1744 Щ 51744605 Составитель Ю, Заспатор А. Долинич . Техред М.Моргентал ректор А, Осауленко Кор Заказ 2193 Тираж Подписное 8 НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб.4/5 о-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 Производс