Способ определения концентрации молекулярного йода в газах

 

Изобретение относится к области измерительной техники и может найти применение 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 умножителей эти компоненты излучений в электрические сигналы флуоресценции и регистрируют полученные электрические сигналы. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5l)5 G 01 N 2 1 /64

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 1638614 (21) 4776675/25 (22) 02.01.90 (46) 30.06,92. Бюл. ¹ 24 (71) Московский инженерно-физический институт (72) IO.П.Заспа, С.В.Киреев и Е.Д.Проценко (53) 543.42 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1638614, кл, G 01 N 21/64, 1989. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ МОЛЕКУЛЯРНОГО ЙОДА В ГАЗАХ. (57) Изобретение относится к области измерительной техники и может найти применеИзобретение относится к измерительной технике и может найти применение в атомной энергетике. охране окружающей среды при измерениях концентрации примесей молекулярного йода в газовых средах, Наиболее близким к предлагаемому является способ определения концентрации молекулярного йода в газах, включающий модуляцию излучения перестраиваемого по частоте гелий-неонового лазера, облучение лазерным модулированным излучением ячейки,.содержащей исследуемый газ, пер-, вой реперной ячейки, содержащей газ с известной концентрацией изотопа J, второй реперной ячейки, содержащей газ со смесью изотопов J u J п и относительном содержании изотопа 3 40 — 60 )(„ третьей реперной ячейки, содержащей газ с известной концентрацией изотопа А регистрацию сигналов флуоресценции $1 и Sz,, 5U „„1744605 А2 ние 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 KQMfloHBHты излучений в электрические сигналы флуоресценции и регистрируют полученные электрические сигналы. 2 ил, от исследуемой и реперных ячеек при облучении их лазерным излучением в двух диапазонах частот, первый из которых соответствует частотам )1 - (О 1,0 ГГц). а второй v1 + (1,2 - 2,2 Гц), где )1 — частота ц)ентра неотстроенного контура усиления

2 Ne, расчет искомых концентраций по системе уравнений;

Q1

Я =(а Х +2 .pi Х У +у1 Yf) ni.

Sj = (о ХГ +2 Д Х Yi +у Y> ) . п, Х+Y =1, где $1, $г (i=0,1, 2, 3) — сигналы флуоi i ресценции от исследуемой, первой, второй и третьей реперных ячеек при облучении их в первом и во втором диапазонах частот соответственно; пь Х, Yi — концентрация молекулярного йода и относительное содержание изотопов J и 2 J в смеси, 1744605 а1, аг, Р1, j4, у1, р — градуировочные коэффициенты.

Однако точность определения концентрации молекулярного йода данным способом снижается при наличии в исследуемом газе диоксида азота, так как гелий-неоновый лазер возбуждает флуоресценцию NÎ2, которая искажает регистрируемый сигнал флуоресценции молекулярного йода. Установлено, что при отношении концентрации

NO2 к концентрации молекулярного йода в исследуемом газе большем или порядка 10 сигнал флуоресценции N02 превышает величины сигналов флуоресценции

129

129112?J, " J2, регистрируемых данным способом. Диоксид азота является основным компонентом газовой смеси. образующейся при растворении отработавшего ядерного топлива, содержащего J и J, что суще129 127 ственно ограничивает точность определения концентрации изотопов J u J в

129 1 газообразных продуктах переработки облученного топлива указанным способом, Цель изобретения — повышение точности определения изотопа J в присутствии

129 диоксида азота.

Указанная цель достигается тем, что согласно при регистрации флуоресценции выделяют анти-стоксовы компоненты флуоресценции молекулярного йода в области длин волн от 585 до 625 нм.

На фиг, 1 изображена схема по реализации способа определения концентрации молекулярного йода в газах.

Схема содержит перестраиваемый по частоте гелий-неоновый лазер 1, модулятор

2 лазерного излучения, исследуемая ячейка со смесью изотопов 29J и 2?J в газе, содержащем диоксид азота 3., первая реперная ячейка с известной концентрацией изотопа

129

J в газе 4, вторая реперная ячейка с известными концентрациями изотопов J u

129

J в газе при относительном содержании изотопа 1 9,1 в смеси с 2?J — 40-60 5, третья реперная ячейка с известной концентрацией изото а 27.) в газе 6, интерферен127 ционные светофильтры, отсекающие рассеянное лазерное излучение на длине волны 633 нм 7, 8, 9 и 10, интерференциониые светофильтры, выделяющие область спектра от 585 до 625 нм 11, 12, 13, 14, фотоэлектронные умножители 15, 16, 17 и

13, блок 19 питания фотоэлектронных умножителей 19, детектор 20 сигналов с фотоэлектронныхх умножителей.

Порядок действий при реализации способа определения концентрации молекулярного йода в газах следующий, Частотный контур перестраиваемого по частоте гелий45

Здесь $1, S2 (i=0,1,2, 3) — сигналы флуоресценции от исследуемой первой, второй, третьей реперных ячеек при настройке частотного контура лазера на первый и второй диапазоны частот соответственно;

Al, Xl, Yl (1=0,1. 2, 3) — концентрация молекулярного йоуа и относительное содержание изотопов J u J в смеси в иссле1 дуемой, первой, второй, третьей реперных ячейках соответственно; а1, аг, /?1, Рг, у1, уг — градуировочные коэффициенты. Так как значения S1l, S2 (=0,1,2, 3), п1, X, Yl (i = 1. 2, 3) известны, то приведенная система уравнений разрешима относительно п, Xp, Yp, Из двух ее решений выделяется единствен5

40 неонового лазера настраивается на первый диапазон частот: 0-1,0 ГГц в длинноволновую сторону от центра неотстроенного контура усиления Ne. Изл учение лазера го проходит 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 модул1щии 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

Ъ ентра неотстроенного контура усиления г

Ne, и регистрация сигналов флуоресценции от ячеек производится в этом диапазоне частот лазера. Детектор производит вычисление концентраций молекул J2, J J, 129 129 12?

127

J2 в исследуемой ячейке путем решения системы уравнений: ф =(а1 Xt+2 -j?1 Х Yi+y1 У() п, $ = (а2 Xf +2 j3z Xl Yl +y2 У() ni, Xo+ Y

1744605 ное, имеющее физический 7смысл. Концентрации молекул Зг, J J, Зг в иссле1г9 1г9 1г дуемой ячейке выражаются через величины

flp, хо, уо в следующем виде п1г9,1 г по Хо п1г9.гЩа2 по Хо Уо, г

П1г7,1,= По Yo . г

При 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). Однако это 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 смеси изотопов молекулярного йода (76 .7ь 32, 22 $ J J, 2 $ /ã), возбужденной излучением He - Не (Л- 633 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 от

585 до 625 нм.

Спектр флуоресценции диоксида азота, возбужденной излучением гелий-неонового

5 лазера(Л=633 нм), состоитлишьиз стоксовой части за исключением нескольких чисто вращательных анти-стоксовых линий, принадлежащих диапазону длин волн от 632 до

633 нм. Поскольку стоксова часть флуорес10 ценции состоит как из отдельных колебательно-вращетельных линий, так и из континуума, простирающегося от 633 нм в инфракрасную область спектра, то даже узкополосное выделение самых сильных

15 стоксовых линий флуоресценции молекулярного йода не позволяет избавиться от влияния флуоресценции МОг. В то же время выделение анти-стоксовой области флуоресценции йода полностью устраняет это

20 влияние.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить точность определения

1г9 изотопа J в присутствии диоксида азота.

25 Формула изобретения

Способ определения концентрации молекулярного йода в газах по авт. св. KL

1638614,отличающийся тем,что, с целью повышения точности определения

30 изотопов йода в присутствии диоксида азота, при регистрации флуоресценции выделяют анти-стоксовы компоненты флуоресценции молекулярного йода в области длин волн от 585 до 625 нм, величины интен35 сивностей которых используют в качестве аналитических сигналов $1, $г (1=0,1,2,3), 1744605

Т

I

I

«ю а ю

Составитель Ю. Заспа

Редактор А. Долинич . Техред M.Moðãåíòàë Корректор А. Осауленко

Заказ 2193 Тираж Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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