Люминесцентный способ определения давления газа

 

Изобретение м.б. использовано для оперативного измерения распределения давления газа на контролируемую поверхность, а также для измерений концентрации газа, обратимо тушащего люминесценцию индикатора.Цель изобретения - расширение диапазона измерения давления. В качестве индикатора вводят из раствора в адсорбирующий слой многоатомные молекулы, люминесцирующие из высокого возбужденного электронного состояния. Ступенчатое возбуждение индикатора воздействием антистоксовым облучением с плотностью потока 10 -10 фотон к:м . с исключает возможность возникновения паразитного рассеянного света. О давлении газа судят по отношению интенсивностей люминесценции молекул индикатора, измеренных на оптическом переходе из высокого возбужденного состояния в основное до и после воздействия тушащего газа. Время пребывания молекул индикатора в высоком возбужденном состоянии составляет 10 -10 с. 1 ил. с сл

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ÄÄSUÄÄ 1364928 А1 (5и 4 С 01 Ь .11/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4003326/24-10 (22) 07.01.86 (46) 07.01.88. Бюл. Р 1 (71) ЛГУ им. А.А. Жданова (72) Г.И. Кобышев и Г.Н ° Лялин (53) 531.787 (088.8 7 (56) Авторское свидетельство СССР

У 343173, кл. С 01 М 9/00, 1973.

Заявка Великобритании В 1327839, кл. С 4 S, 1973. (54) Л111МИНЕСЦЕНТНЫЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ ГАЗА (57) Изобретение м.б. использовано для оперативного измерения распределения давления газа на контролируемую поверхность, а также для измерений концентрации газа, обратимо тушащего люминесценцию индикатора. Цель изобретения — расширение диапазона измерения давления. В качестве индикатора вводят иэ раствора в адсорбирующий слой многоатомные молекулы, люминесцирующие из высокого возбужденного электронного состояния. Ступенчатое возбуждение индикатора воздействием антистоксовым облучением с плотностью потока 10 -10 фотонк

24 см с исключает возможность возникновения паразитного рассеянного света. О давлении газа судят по отношению интенсивностей люминесценции молекул индикатора, измеренных на оптическом переходе из высокого возбужденного состояния в основное до и после воздействия тушащего газа.

Время пребывания молекул индикатора в высоком возбужденном состоянии

Ю -!1 составляет 10 -10 с. 1 ил.

1364928

Изобретение относится к области измерения давления газа с помощью оптических средств, в частности к люминесцентным способам определения быстроменяющегося давления газа, тушащего люминесценцию индикатора, например к определению парциального давления кислорода в смеси газов, и предназначено для оперативного изме- 10 рения распределения давления газа на контролируемую поверхность объекта (модели летательных аппаратов, лопатки турбин и т.п.),а также для измерения концентрации газа (тушите- 1 ля люминесценции), обратимо тушащего люминесценцию индикатора.

Целью изобретения является расширение диапазона измерения.

На чертеже представлена схема 20 энергетических уравнений молекулы индикатора, люминесцирующей из высокого возбужденного электронного состояния.

Стрелки 1 и 2 показывают ступенчатое поглощение молекулой индикатора двух фотонов возбуждающего излучения . В результате этого молекула индикатора из основного состояния

S переходит в высокое возбужденное 30 электронное состояние S>, время пребывания молекулы в котором меньше, чем в возбужденном электронном состоянии Si Оптический переход 3 молекулы из возбужденного состояния

Я в основное состояние представляет собой люминесценцию, по интенсивности которой оппееделяется давление в предложенном способе. Согласно известному способу измерение давления 40 осуществляется по люминесценции, возникающей в результате оптического перехода $, - S, 4 из возбужденного состояния с большим временем длительности, чем в состоянии S> .

Расширение верхней границы измеряемого давления газа на поверхность с адсорбированным индикатором достигается измерением интенсивности люминесценции при практически отсутствующем фоновом свечении, что возможно при антистоксовом возбуждении люминесценции, так как рассеянный свет возбуждающего люминесценцию потока спектрально не перекрывается с полосой люминесценции, по которой осуществляется измерение давления газа на поверхность с адсорбированным индикатором. Поскольку время жизни молекул индикатора в высоком возбужденном состоянии на 1-2 порядка меньше времени нахождения возбужденных молекул в первом возбужденном синглетном состоянии, по люминесценции из которого в известном способе осуществлялось измерение давления, то для тушения люминесценции в предложенном способе необходимы значительно большие давления тушителя люминесценции.

Существенное отличие предложенного способа от известного эаключается в том, что в качестве индикатора иэ раствора в адсорбирующий слой вводят молекулы, люминесцирующие из высокого возбужденноro состояния.

Для исключения возникающего в известном способе паразитного рассеянного света, ограничивающего верхний предел измеряемого давления, применяют ступенчатое возбуждение индикатора под воздействием антистоксового облучения. Измерение давления осуществляют по интенсивности люминесценции молекул индикатора из высокого возбужденного состояния с временем пребывания молекул индикатора в этом

-ю « состоянии 10 — 10 с, возникающей при оптическом переходе из этого состояния в основное.

Пример. В образованный на испытуемой поверхности слой адсорбента из раствора с заданной концентрацией индикатора, в качестве которого используют молекулы, люминесцирующие из высокого возбужденного электронного состояния, проводят импригнирование сорбента. Возбуждение люминесценции молекул индикатора, сорбированных поверхностью, осуществляют антистоксовым облучением с плотностью потока не менее 10 фо24 тон см c . При этом ступенчатое

-2 поглощение молекулой индикатора двух квантов возбуждающего излучения переводит молекулу в высокое возбужденное электронное состояние. Измерение интенсивности люминесценции молекул индикатора, адсорбированных поверхностным слоем, проводят на оптическом переходе иэ высокого возбужденного состояния в основное до и после воздействия тушащего люминесценцию газа. Люминесцирующий из высокого возбужденного состояния хлорофилл имеет время жизни в этом состоянии, равное 140 пс. По отноше136492 нию измеренных интенсивностей люминесценции судят о давлении газа на поверхность с адсорбированным индикатором. Измеренное отношение интен

5 сивностей люминесценции пропорционально величине давления газа. Поскольку время пребывания молекулы в высоком возбужденном состоянии меньше, чем в первом возбужденном электронном состоянии, то для тушения люминесценции, возникающей из высокого возбужденного состояния, необходимо высокое давление тушащего люминесценцию газа. Это позволяет расширить верхнюю границу измеряемого давления газа на поверхность с адсорбированным индикатором на

1-2 порядка относительно известного способа. 20

В зависимости от энергетического положения высокого возбужденного электронного уровня молекулы индикатора, по оптическому переходу из которого осуществляется измерение ин- 25 тенсивности люминесценции в предложенном способе, выбирают источник оптического излучения, например импульсный неодимовый или рубиновый и другие лазеры, исходя иэ условия 30

hV, +hVi 9 ЬЕ, где hV, и hVg энергии квантов возбуждающего излученияя, 4 E — р аз но ст ь энер гий между основным и высоким возбужденным электронными состояниями люминесцирующей молекулы индикатора, Для применения в качестве люминесцирующего индикатора метилхлорофиллида или фталоцианина хлорида алюминия с энергетическжи уровнями 22300 и 27000 см 40 соответственнои для возбуждения их в указанные состояния достаточно удвоенной энергии квантов, излучаемых рубиновым лазером.

8 4

Для реализации способа в качестве люминесцирующих индикаторов можно использовать имеющие оптические переходы из короткоживущих высоких возбужденных состояний многоатомные молекулы, например порфирины, фталоцианины, полиметиновые красители, ароматические углевородороды, родамин

6Ж и другие.

При этом достигаемое расширение верхней границы измеряемых давлений на 1-2 порядка превосходит верхнюю границу измеряемых давлений в известном способе, составляя несколько десятков атмосфер.

Формула и з о б р е т е н и я

Люминесцентный способ определения давления газа, включающий возбуждение оптическим облучением люминесцентного индикатора, измерение „интенсивности его люминесценции до и после воздействия тушашего газа, определение отношения измеренных интенсивностей люминесценции, по которому судят о давлении газа, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью расширения диапазона измерения, в качестве индикатора используют вещество, содержащее многоатомные молекулы, люминесцирующие из высокого возбужденного электронного состояния, в качестве оптического облучения используют антистоксовое облучение с плотностью

24 29 -2 -4 потока 10 -10 фотон - см . с, а измерение интенсивности люминесценции проводят на оптическом переходе из высокого возбужденного электронного состояния, имеющего время жизни

10 -10 с.

1364928

Еси

2.Ю

Составитель А. Соколовский

Редактор В. Данко Техред М.Ходанич Корректор В. Бутяга

Заказ 6587/34 Тираж 847 Подписное

ВНИИПИ Гасударственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35> Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4