RU2437079C2 - Method of determining impurity gas in atmospheric air - Google Patents

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: analysed gas mixture is adsorbed on the surface of a solid body and luminescence is then excited in that layer by irradiating with a source of electromagnetic radiation. At the end of the action of the exciting radiation, luminescence relaxation which is characteristic for the analysed gas is recorded.

EFFECT: gas mixture analysis method which enables to detect impurity gases in conditions which are not critical for rigid stabilisation of a gas stream and dusty atmosphere, high measurement accuracy.

2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к способам измерения концентрации примесных газов (например, аммиака) в атмосферном воздухе и может быть использовано в системах контроля за состоянием окружающей среды.The invention relates to methods for measuring the concentration of impurity gases (for example, ammonia) in atmospheric air and can be used in environmental monitoring systems.

Известны способы определения концентрации газа путем селективного поглощения электромагнитного излучения с целью обнаружения определенного газа в составе газовой смеси (Заявка на изобретение RU 2007143848 А; МПК С01 №21/35; 2007 г. Заявка на изобретение RU 2001114303 А; МПК G01 №1/00; 2003 г.).Known methods for determining the concentration of gas by selective absorption of electromagnetic radiation in order to detect a specific gas in the gas mixture (Application for invention RU 2007143848 A; IPC C01 No. 21/35; 2007. Application for invention RU 2001114303 A; IPC G01 No. 1/00 ; 2003).

Реализация этих способов связана с использованием устройств, обеспечивающих селективное выделение линии поглощения подлежащих определению газов, а также необходимого увеличения длины пути светового потока в слое газа за счет специально применяемых кювет. Все это налагает дополнительные условия на поддержание стабильного состояния плотности газовой смеси в рабочем пространстве кюветы. Кроме того, существенно на процесс поглощения излучения могут влиять частицы пыли, поглощающие и рассеивающие падающее на газ излучение в широкой полосе частот, включающей полосу поглощения анализируемого газа.The implementation of these methods involves the use of devices that provide selective separation of the absorption line of the gases to be determined, as well as the necessary increase in the path length of the light flux in the gas layer due to specially used cuvettes. All this imposes additional conditions on maintaining a stable state of the density of the gas mixture in the working space of the cell. In addition, dust particles can significantly affect the process of radiation absorption, absorbing and scattering radiation incident on the gas in a wide frequency band, including the absorption band of the analyzed gas.

Все это может приводить к искажению результатов анализа.All this can lead to a distortion of the analysis results.

Кроме того, для измерения используются сравнительно сильные световые потоки, для измерения которых применяют интегральные характеристики (фототоки), что уступает по точности измерений методам с использованием счета отдельных квантов излучения.In addition, comparatively strong luminous fluxes are used for the measurement, for the measurement of which integral characteristics (photocurrents) are used, which is inferior in the measurement accuracy to methods using the calculation of individual radiation quanta.

Техническим результатом является обнаружение примесных газов в условиях, не критичных к жесткой стабилизации газового потока и запыленной атмосферы, и повышение точности измерений.The technical result is the detection of impurity gases in conditions that are not critical to the strict stabilization of the gas flow and dusty atmosphere, and improving the accuracy of measurements.

Технический результат достигается тем, что способ определения примесных газов в атмосферном воздухе включает адсорбирование газовой смеси на поверхности твердого тела, возбуждение люминесценции в образовавшейся системе путем облучения электромагнитным излучением и регистрация после воздействия излучением релаксации люминесценции, характерной для примесных газов, в режиме регистрации отдельных квантов.The technical result is achieved in that the method for determining impurity gases in atmospheric air includes adsorption of a gas mixture on a solid surface, excitation of luminescence in the formed system by irradiation with electromagnetic radiation, and registration after exposure to radiation of the luminescence relaxation characteristic of impurity gases in the detection mode of individual quanta.

Для повышения чувствительности метода в качестве твердого тела (адсорбата) используют наноструктурированный оксид алюминия, получаемый при анодном электрохимическом окислении металлического алюминия в растворах сильных кислот (например, серной или щавелевой). Как известно (Одынец Л.Л, Орлов В.М. Анодные оксидные пленки. - Л.: Наука, 1990. - 200 с), в этом случае образуется пористая оксидная пленка с наноразмерными ячейками, обеспечивающими сильно развитую адсорбционную поверхность, что повышает концентрацию исследуемого газа, а следовательно, и чувствительность метода.To increase the sensitivity of the method, nanostructured alumina obtained by the anodic electrochemical oxidation of metallic aluminum in solutions of strong acids (for example, sulfuric or oxalic) is used as a solid (adsorbate). As is known (Odynets L.L., Orlov V.M. Anodic oxide films. - L .: Nauka, 1990. - 200 s), in this case a porous oxide film with nanoscale cells providing a highly developed adsorption surface is formed, which increases the concentration the studied gas, and therefore the sensitivity of the method.

Практическая реализация метода осуществлялась на стандартном оборудовании системы КАМАК с использованием в качестве детектора люминесценции фотоэлектронного фотоумножителя ФЭУ-37 в режиме регистрации отдельных квантов излучения. Возбуждение люминесценции проводилось освещением ртутной лампы высокого давления. Характеристики излучения анализировались с использованием персонального компьютера, включенного в систему через устройство обработки импульсов фотоумножителя. Анализировалось наличие аммиака в атмосферном воздухе.Practical implementation of the method was carried out on standard equipment of the KAMAK system using an FEU-37 photoelectric photomultiplier as a luminescence detector in the mode of recording individual radiation quanta. Luminescence was excited by lighting a high-pressure mercury lamp. The radiation characteristics were analyzed using a personal computer included in the system through a pulse multiplier processing device. The presence of ammonia in atmospheric air was analyzed.

На чертеже приведена зависимость релаксации люминесценции чистого адсорбата (пленка оксида алюминия) (кривая 1) и в присутствии аммиака (кривая 2). Разница в значениях интенсивности излучения для фиксированного момента времени пропорциональна количеству адсорбированного газа (в данном случае аммиака).The drawing shows the dependence of the luminescence relaxation of pure adsorbate (film of aluminum oxide) (curve 1) and in the presence of ammonia (curve 2). The difference in the values of the radiation intensity for a fixed point in time is proportional to the amount of adsorbed gas (in this case, ammonia).

Claims (2)

1. Способ определения примесных газов в атмосферном воздухе, включающий адсорбирование газовой смеси на поверхности твердого тела, возбуждение люминесценции в образовавшейся системе путем облучения электромагнитным излучением и регистрацию после воздействия излучения релаксации люминесценции, характерной для примесных газов, в режиме регистрации отдельных квантов.1. A method for determining impurity gases in atmospheric air, including adsorption of a gas mixture on a solid surface, excitation of luminescence in the resulting system by irradiation with electromagnetic radiation, and registration after exposure to radiation of the luminescence relaxation characteristic of impurity gases in the detection mode of individual quanta. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве твердого тела используют наноструктурированный анодный оксид алюминия. 2. The method according to claim 1, characterized in that a nanostructured anodic alumina is used as a solid.