Способ спектрального анализа гелия на содержание неона

(5 ) ур н НИЯ ряда в гелии, об нием лазера и из учении его излуче ерении флуоресцен орой судят о соде по кона в ге и нео жании щ и й ии, о т л и ч а юто, с целью снижеы определения неона намени тем й грания ниж Большаков А.А. и микроконцентрации н лазерном возбуждени Зз - 2 р Зр неона в ной сдр, Определенона в гелии прперехода 2 рВЧ разряде,-Мектроскопии,с. 757-762. Журнал прикладт. 39, вып.5,ОСУДАРСТВЕННЫИ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Ленинградский ордена Ленинаи ордена Трудового Красного 3государственный университетим. А.А. Жданова(56) Бочкова О.П., Шрейдер Е,Я,Спектральный анализ газовых смесейМ.: Из-во физ;мат.лит-ры, 1963,с,308. 54) (57) СПОСОБ СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИА ГЕЛИЯ НА СОДЕРЖАНИЕ НЕОНА, заклюающийся в возбуждении газового разв гелии при концентрации неона в ге Ялии менее 10 мол.Е, возбуждают импульсный разряд при длительности импульсов тока 8 - 10 мкс, силе тока в импульсе 50 - 53 мА давлении гесФ лия 28 - 32 торр в разрядной трубке в диаметром 12 - 13 мм и облучают плазму в послесвечении газового разряда при времени задержки на 160-240 мкс, импульса возбуждающего флуоресценцию относительно времени обрыва разряда.Изобретение относится к аналитике и может быть использовано для анализа гелия на содержание в нем неона.Цель изобретения - снижение нижней границы определения неона в гелии при концентрации неона в гелии менее 10 мол.Ж.Способ осуществляется следующим образом. 10 В предварительно вакуумированную разрядную трубку вводится при зара нее установленном давлении порция анализируемого газа. С помощью источ 15 ника питания в нем воз 5 уждается импульсный разряд, частота следования импульсов в котором задается системой управления. При этом происходит заселение метастабильного уровня не 20 она 2 рЗэГ, в фазе разряда. Затем включается импульсный оптический ,квантовый генератор, частота следования импульсов которого и их сдвиг относительно фазы обрыва импульса раз 25 ряда устанавливают системой управленияЛазерное излучение на длине волны ( 1 = 588,2 нм) перехода между уровнями неона 2 Г 38Р, и 23Р, с помощью оптической системы вводится в разрядную трубку, где оно возбужда-З 0 ет импульсы флуоресценции на длине волны ( 9 = 616,4 нм) перехода между уровнями неона 2 3 Р, и 238Р . Аналитический сигнал луоресценции пропорционален в этом случае заселенности уровня 238 Р которая в послесвечении разряда (т,е. после обрыва импульса тока через разрядную трубку) уменьшается медленно, а в некоторых условиях может даже возрастать. 40 Фоновое излучение самого гелия в после- свечении уменьшается быстрее, поэтому отношение флуоресцентного сигнала к шуму излучения самой гелиевой плазмы, лимитирующее нижнюю границу определения, в иослесвечении в определенных случаях и в определенные моменты времени становится больше, чем в стационарном разряде. Импульсы флуоресценции, сдвинутые относительно фазы об рыва импульса разряда на оптимальный, т,е. соответствующий максимальному отношению полезного сигнала флуоресценции к шуму излучения плазмы, отрезок времени, системой сбора флуорес ценции подаются на синхронный детектор- сумматор, который накапливает сигнал за определенное заранее установленное число импульсов лазера, При этомсинхронизация детектора-сумматорас импульсным лазером осуществляетсяс помощью фотоэлемента. По величинесигнала флуоресценции судят о концентрации неона в гелии,На фиг. 1 изображена структурнаясхема установки для реализации предлагаемого способа; на фиг, 2 - зависимость интенсивности шума от задержки лазерного импульса, возбуждающегофлуоресценции на фиг, 3 - зависимость величины сигнала флуоресценции от задержки лазерного возбуждающего импульса; на фиг, 4 - зависимость отношения сигнала к ш"му отвремени задержки возбуждающего лазерного импульса; на фиг, 5 - зависимость оптимальной задержки от концентрации анализируемого газа; нафиг. 6 - график по результатам измерений для каждого примера использованияпредлагаемого способа,Установка состоит из вакуумной системы 1, соединенной с разряднойтрубкой 2, импульсного источника 3питания газового разряда, подключенного к электродам разрядной трубки,импульсного лазера на красителе 4для накачки флуоресценции, оптической системы 5 для ввода излучениялазера в газоразрядную трубку и запуска системы синхронного детектирования флуоресценции, фотоэлектрической системы 6 сбора флуоресценции,расположенной перпендикулярно разрядной трубке, фотоэлемента 7, запускающего синхронный детектор - сумматор 8 интенсивности импульсов флуоресценции, системы 9 управленияи синхронизации импульсного лазераи импульсного источника питания разряда (фиг. 1),С целью нахождения оптимальной величины задержки импульса флуоресценции относительно времени обрыва импульса разряда предварительно проведено исследование величины отношения флуоресцентного аналитического сигнала неона к шуму излучения плазмы после обрыва разряда, т,е.в послесвечении, в зависимости от времени задержки возбуждающего флуоресценцию лазерного импульса относительно времени обрыва газового разряда и от концентрации определяемой примеси при заданных геометрии разрядной трубки (внутренний диаметр25 Оптимальное время задержки, при котором достигается наибольшее отношение сигнала Флуоресценции к шуму излучения плазмы, зависит от концент11 ации неона в гелии при относительно высоких концентрациях неона (Сц у 10 А) но йрактически не зависит от нее при более низких концентрациях и составляет 160 - 240 мкс (фиг. 5), 55При использовании оптимальных времен задержки сигнала флуоресценции относительно времени обрыва разряда 3 1187 12 - 13 мм, длина 200 мм), давлении гелия в трубке 28 - 32 торр, силе тока в импульсе 50 - 53 мА, длительности импульсов тока 8 - 10 мкс, частоте их следования 130 - 155 Гц, суммировании сигнала и шума за 2000 импульсов лазера.Исследования включают в себя построение зависимости величины сигнала Флуоресценции и величины шума излучения плазмы в послесвечении в зависимости от времени задержки импульса флуоресценции относительно момента обрыва импульса разряда при различных концентрациях неона. Найденное таким образом время задержки, при котором отношение сигнала флуоресценции к шуму излучения плазмы оказывается максимальным, называемое оптимальным, устанавливается затем в измерительном устройстве посредством системы управления при проведении анализов.Результаты анализа гелия на содержание примеси неона состоят в 1 следующем.Интенсивность суммарного шума, вызванного флуктуациями излучения самого гелия и неселективно рассеянного лазерного излучения самого гелия и неселективно рассеянного лазерного излучения в послесвечении, всегда меньше, чем в стадии разряда (фиг, 2).Сигнал флуоресценции в послесвечении при определенных временах задержки лазерного импульса относительно35 времени обрыва газового разряда может быть существенно больше, чем в стадии самого разряда (Фиг, 3) .В послесвечении отношение полез 40 ного сигнала флуоресценции к суммарному шуму является функцией времени задержки и в определенных интервалах времени задержки существенно превышает укаэанное отношение в стадии самого разряда (Фиг, 4).45 034 4выигрыш в величине отношения сигналафлуоресценции к шуму излучения плазмыпо сравнению с измерениями в фазеразряда достигает в случае определения неона в гелии " 100 раз,Наблюдаемые эффекты повышения отношения сигнала флуоресценции к шумуизлучения плазмы в условиях послесвечения, а также зависимости оптимального времени задержки возбуждения флуоресценции относительно времени обрыва разряда от концентрациипричеси неона могут быть объясненысовокупностью процессов дезактивациивозбужденных состояний атомов основыи примеси в условиях распадающейсяплазмы,П р и м е р 1, В разрядную трубкупри давлении 30 торр вводят анализируемый гелий с содержанием в нем не она менее 10 мол.7., возбуждают втрубке импульсный газовый разряд счастотой следования импульсов 140 Гц,длительностью импульса 9 мкс и силойтока в импульсе 52 мА. В паузах между импульсаии тока распадающуюся плазму облучают жюпульсами лазерногоизлучения на длине волны 588, 2 нм.Время задержки лазерного импульсаотносительно времени обрыва импульсаразрядного тока устанавливается равным 200 мкс, Возникающие при импульсном лазерном облучении импульсы Флуоресценции неона на длине волны616,4 нм измеряют импульсным Фотоэлектрическим детектором-сумматором,Количество суммируемых импульсовфлуоресценции 2000, Используя наборэталонных проб гелия с различнымизаданными концентрациями неона, порезультатам измерения флуоресценции этих проб строят градуировочныйграфик, который линеен при любыхконцентрациях неона в гелии, не превышающих 10 мол,7 (фиг. 6, кривая 10).Пользуясь этим графиком по измеренной. для анализируемых гелиевых пробфлуоресценции неона, определяют вних искомую концентрацию неона,П р и м е р 2. В разрядную трубку вводят порцию анализируемого гелия при давлении 28 торр и возбуждают в трубке газовый импульсный разряд с частотой следования импульсов 130 Гц, длительностью импульса 8 мкс и силой тока в импульсе 50 мА, В пазухах между импульсами тока распа-дающуюся плазму обдучают импульсамилазерного излучения на длине волны 588,2 нм. Время задержки лазерного импульса относительно времени обрыва импульса разрядного тока устанавли 5 вается равным 160 мкс. Возникающие при импульсном лазерном облучении импульсы флуоресценции неона на длине волны 616,4 нм измеряют импульсным фотоэлектрическим детектором- О сумматором, Количество суммируемых импульсов флуоресценции 2000. Используя набор эталонных проб гелия с различными заданными концентрациями неона, по результатам измерения флу оресценции этих проб строят градуировочный график, который линеен при любых концентрациях неона в гелии, не превышающих 10 мол,% (фиг. 6, кривая 11). Пользуясь этим графиком 20 по измеренной для анализируемых гелиевых проб флуоресценции. неона, определяют в них искомую концентрацию неона.П р и м е р 3, В разрядную труб ку вводят анализируемый гелий при давлении 32 торр и возбуждают в нем импульсный газовый разряд с частотой следования импульсов 155 Гц, длительностью импульсов 10 мкс и силой тока в импульсе 53 мА, В паузах между импульсами тока распадающуюся гелиевую плазму облучают импульсами лазерного излучения на длине волны 588,2 нм. Время задержки лазерного импульса относительно времени обрыва импульса разрядного тока устанавливается равным 240 мкс. Возникающие при импульсном лазерном облучении импульсы флуоресценции неона на длине 40 волны 61 Ь,4 нм измеряют импульсным фотоэлектрическим детектором-суммато- ром, Количество суммируемых импульсов флуоресценции 2000. Используя набор эталонных проб гелия с различ ными заданными концентрациями неона, по результатам измерения флуоресценции этих проб строят градуировочный график, который линеек при любых концентрациях неона в гелии, не превышающих 1 О мол.й (фиг. б, кривая 12). Пользуясь этим графиком по измеренной для анализируемых гелиевых проб флуоресценции неона, определяют в них искомую концентрацию неона. Результаты измерений концентрации неона в пробах, приведенных в примерах 1 - Э, даны в таблице.Концентрация неонав гелии,мол Хх 0) Определение по примеру Введено 1 ) 23 3,2 3,1 2,9 3,1 3,1 2,8 2,8 3,0 3,2 3,0 3,2 3,1 3,3 2,9 3,0 3,2 Среднее 3,1 3,0 3,0 0,9 0,8 0,8 1,0 0,8 1,1 0,8 1,0 0,8 0,9 0,9 0,8 1,0 Среднее 1,0 0,9 0,52 0,50 0,44 0,53 0,44 0,50 0,40 0,53 0,42 0,42 0,35 0,36 0,41 0,48 0,38 , 0,42 Среднее 0,46 0,42 0,45 О, 15 0,09 0,12 0,11 0,12 0,11 0,09 0,08 0,11 0,09 0,14 0,12 С,11 0,12 О, 13 0,13 О, 14 0,09 Среднее 0,11 Положение градуировочного графика (фиг, 6) при указанных в примерах 1 - 3 рабочих условиях анализа несколько смещается, что приводит к необходимости работать при стабилизированных условиях анализа и пользоваться тем градуировочным графиком, который адекватен соответствующим условиям анализа, Однако любой из графиков прямолинеен, что позволяет использовать минимальное количество эта7 11 лонов для его построений, Как следует из таблицы, анализы гелиевых проб, проведенные в различных рабочих условиях по соответствующим этим условиям градуировочным графикам дают результаты, расхождение которых не превы 87034 8шает случайных ошибок анализа, Нижний предел определения неона в гелии составляет 3 1(Т мол.7, что примерногна два порядка ниже, чем в случае определения неона в гелии по известному способу.,гФгФ 70 Ионцнараим неонп лодьи. Б. Широковбинец Составител ктор С. Саенко Техред А, Луговаяекто Тираж 8 каэ 6541/48 одписно ВНИИПИ Государственного ко по делам изобретений и от113035, Москва, Ж, Раушска итета СССРрытий 5 наб.,П "Патент", г. Ужгород, ул. Проектна Фцл