Способ неконтактного определения органических веществ в природных водах

 

Изобретение относится к способам контроля качества природных вод. Цель - повышение селективности. Способ позволяет определять и идентифицировать гуминовые и фульвокислоты в природных водах посредством их зондирования световыми импульсами различной длительности и измерения яркости излучений, индуцированных в воде этими импульсами.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 С 01 N 21/64

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4417374/31-25 (22) 28.04.88 (46) 30.01.90. Бюл. N 4 (71) Гидрохимический институт (72) А.А. Гительсон и Г.А. Дубовицкий (53) 543.42 (088.8) (56) Иванова Е.К. и др. Флуориметри" ческий метод определения фульвокислот в морских водах — ЖАХ, 1986, т. XLI, в. 7 с. 1256-1259.

Авторское свидетельство СССР

9 575480, кл. G 01 N 21/25, 1977.

Изобретение относится к дистанционным методам зондирования Земли и может быть использовано при оперативном мониторинге природных вод.

Целью изобретения является повышение селективности способа при раздельном определении концентраций гуминовых и фульвокислот в природных водах.

Органические вещества, растворенные в природных водах, представляют собой совокупность сложных высокомолекулярных соединений, имеющих близкие или совпадающие спектры возбуждения и флуоресценции. Это существенно ограничивает возможности традиционных флуоресцентных методов, основанных на измерении интенсивности флуоресценции в определенном диапазоне волн.

Экспериментально установлено, что при возбуждении флуоресценции растворенных в воде органических веществ световыми лазерными импульсами, плотность излучения Уо в которых превышает некоторое пороговое значение, „„SU„„1539614

2 (54) СПОСОБ НЕКОНТАКТНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ В ПРИРОДНЫХ

ВОДАХ (57) Изобретение относится к способам контроля качества природных вод.

Цель — повышение селективности. Способ позволяет определять и идентифицировать гуминовые и фульвокислоты в природных водах посредством их зондирования световыми импульсами различной длительности и измерения яркости излучений, индуцированных в воде этими импульсами. соотношение между количеством фотонов зондирующего излучения и количеством индуцированных фотонов флуоресценции в значительной мере зависит от длительности зондирующего импульса, т.е. как будто при вариации длительности зондирующих импульсов изменяется квантовый выход.

Это обусловлено тем, что при плотности падающего светового излучения

Рц» (где $ ц — эффективное сей З чение поглощение молекулы, м ; время жизни молекулы в возбужденном состоянии, с) и длительности зондирующего импульса я сравнимой с количество фотонов йндуцированного излучения, зарегистрированного приемником, пропорционально и /

T,å. количеству актов переиэлучения, происшедших за время п

Формула, позволяющая рассчитать количество регистрируемых фотонов

Яф„, имеет вид:

1539614

И ф„ = f ("M) n, 40 — 1 13 мг-л

NÄ - т(,) C« фК f („y

5,83 мг-л-"

3 и

N „= K (AS (1 + +(— )) и, где К вЂ” коэффициент, учитывающий параметры установки и условия измерения (дистанция, усиление приемника и т.д.);

n — - концентрация молекул» м-э Ф

S — сечение лазерного излучения, м2

-S ц — квантовый выход флуоресцен-. ции.

Вид уравнения (1) можно упростить: где f („) — функция, зависящая от длит ел ьн о с ти з ондир ующег о импульса.

Для двухкомпонентного раствора с концентрациями молекул компонентов п„и и<

f1< 6"и) п1+ Е2(ги) п

Очевидно, что при разных функции

f„() и f (С ) будут принимать различнйе значения. Это означает, что при вариации С ц величина вклада каждого из веществ в общую интенсивность эхо-сигнала будет изменяться.

Экспериментально установлено, что оптимальными при определении гуминовых и фульвокислот (ГК и ФК) являют" ся длительности зондирующих импульсов „= 1 нс и ь = 25 нс ° .Длина волны возбуждения — 347 нм (вторая гармоника рубинового лазера). Длительность возбуждающего импульса устанавливают с помощью лазерного затвора типа МЗ-205-2 (ячейка Поккельса). Количество фотонов флуоресценции И„при i, и М < при измеряют в диапазоне волн 450-550 нм. На тестовых однокомпонентных растворах с известными концентрациями ФК и ГК проводят измерения N и N q и определяют значения f „(г„); f (7 ), f <(,) и f 1() °

Концентрации С,< и С „ в двухкомпонентных растворах находят из системы уравнений:

И„= f,(ä,) Сф. + Й,(,) С„>

Я (7, ) Сф„+ f (i ) г

Методом введено — найдено проанализировано свыше 50 проб и рассчитана стандартная ошибка с определения концентраций. Для гуминовых кислот с"= 0,1 мг.л -,, для фульвокислот <Ф =

= 0,05 мг ° л

Время, затрачиваемое на проведение одного измерения (при машинной обработке информации, составляет не более одной минуты.

Пример. Зондируют тестовый

10 раствор с концентрацией фульвокислот С, „= 1,2 мг.л -". При 2„= 1 нс регистрируют N = 1,3 10Э фотонов флуоресценции. При „= 25 нс регистрируют N = 2,6 10 фотонов флуо15 ресценции.

По этим данным находят:

f (2 ) = 1,3 10 /1,2 мг -л -

1,08 10З фот,мг -.л;

f (2 ) = 2,17 ° 10 фот мг л.

Зондируют тестовый раствор с концентрацией гуминовых кислот С „„ =

= 0,9 мг.л . При „= 1 нс регистрируют N = 2,8.10 фотонов флуоресценции. При = 25 нс регистрируют

N = 3,6 10 фотонов флуоресценции.

По этим данным находят:

f (С,) = 3, 1 10 лот мг-" л.

Х (С ) = 4 "1 0 Aor мг " л.

Зочдируют раствор с неизвестными концентрациями С и С и,. При — 1 нс регистрируют N „= 9,8 10З фотонов флуоресценции. При 0„ = 25 нс регистрируют 5,8 .104 фотонов флуоресценции (N <) .

По этим данным находят:

N < f 1 (<. 1) 1 1 1 ("2 ) гк f,(), (ч ) f (л ) f,_#_) Таким образом, использование данного способа обеспечивает но сравнению с прототипом раздельное определение концентраций гуминовых и фульвокислот. Это, в свою очередь, дает возможность судить не только

I о количестве растворенного органического вещества, но и î его составе ° формула изобретения

Способ неконтактного определения органических веществ в природных водах, включающий дистанционное зондирование природных вод импульсами лазерного излучения, измерение хапактеристики излучения природных

Составитель О. Бадтиева

Техред М.1 оданич Корректор Л. Патай

Редактор А. Маковская

Тираж 502

Подписное

Заказ 212

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина, 101

5 15

Оперативный дистанционный мониторинг качества водных экосистем, проводимый с использованием указанного способа измерений, позволяет в реальном масштабе времени проводить картографирование водных объектов по кон-. центрациям растворенных органических веществ.

39614

6 вод в области спектра свечения органических веществ, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повыше5 ния селективности при раздельном определении концентраций гуминовых и фульвокислот, зондирование проводят излучением на длине волны 35065 нм с плотностью,10 фотонов/(м с), при этом длительности зондирующих импульсов устанавливают равными временам жизни анализируемых компонентов С, и С, и по количеству индуцированных в диапазоне длин волн 450550 нм фотонов N„ (при c, ) H N < (при ) определяют концентрацию гуминовых и концентрацию фульвокислот.