Способ диагностики нефтяных загрязнений на акваториях
Изобретение относится к диагностике нефтяных загрязнений на акваториях. Сущность изобретения заключается в том, что измеряют двумерные эТалонные спектры флуоресценции вероятных нефтяных загрязнителей в водных пробах, определяют для них направления синхронного сканирования по оптимальным значениям спектральных сдвигов между длинами волн возбуждения и излучения, соответствующим максимальной интенсивности флуоресценции в двумерных эталонных спектрах. Измеряют двумерный среднестатический спектр флуоресценции органического вещества незагрязненной части акватории, определяют для него значения коэффициентов корреляции с двумерными эталонными спектрами по направлениям спектров возбуждения , излучения и синхронного сканирования, с учетом которых определяют коэффициенты корреляции измеренного двумерного спектра флуоресценции объекта с двумерными эталонными спектрами флуоресценции нефтей и нефтепродуктов, затем определяют тип нефтяного загрязнения. СП а СП д ю ю
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (з))з G 01 N 21/64
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4793992/25 (22) 20.02;90. (46) 15,08.92, Бюл, N 30 (71) Специальное конструкторское бюро АН
ЭстОнии (72) С.М.Баби.ченко, Л.В.Порывкина, К.Ю.Саар (56) Rauner О.M, and Szabo А.G. Timeresolved laser fluorosensers; à laboratory
stady of their potential in the remote charac-
terization of оН, appl. Орс, v, 17, N 10, рр
1624-1630, 1978.
BlJuna L.В. и др. ОИ spill detection and
identification using à Laser fluorosensor.
Proceedings of the First Workshop "Airborne геворге sensing of oil зр1Из Ь coastalwaters", Washington/Ðàãiç, 1979, с 273-284. (54) СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ НЕФТЯНЫХ.
ЗАГРЯЗНЕНИЙ НА АКВАТОРИЯХ (57) Изобретение относится к диагностике нефтяных загрязнений на акваториях. Сущность изобретения заключается в том, что
Изобретение относится к спектральному анализу и предназначено для зкспрессного (в т.ч. дистанционного) определения ,типа нефтяных загрязнений в природных водах, преимущественно изобретение может быть использовано в мероприятиях по контролю и охране окружающей среды, а также в задачах идентификации компонентов в многокомпонентных смесях по их спектрам флуоресценции, Известен способ диагностики нефтей и нефтепродуктов с использованием временных характеристик — спектра затухания флуоресценции, основанный на изменении Ы 1755129 А1
2 измеряют двумерными эталониые спектры флуоресценции вероятных нефтяных загрязнителей в водных пробах, определяют для них направления сйнхронного сканирования по оптимальным значениям спектральных сдвигов между длинами волн возбуждения и излучения, соответствующим максимальной интенсивности флуоресценции в.двумерных эталонных спектрах.
Измеряют двумерный среднестатический спектр флуоресценции органического вещества незагрязненной части акватории, определяют для него значения коэффициентов корреляции с двумерными эталонными спектрами по направлениям спектров возбуждения, излучения и синхронного сканирования, с учетом которых определяют коэффициенты корреляции измеренного двумерного спектра флуоресценции объекта с двумерными эталонными спектрами флуоресценции нефтей и нефтепродуктов, затем определяют тип нефтяного загрязнения. 1 величины времени затуханйя флуоресценции нефтяных загрязнений.
Известен способ; включающий измерение спектра флуоресценции объекта, возбуждаемой в области оптического поглощения нефтей и нефтепродуктов, сравнение полученного спектра с эталонными спектрами нефтей и нефтепродуктов и определение типа нефтяного загрязнения по максимальному"зйачейию коэффициента корреляцйи спектра флуоресценции обьекта и эталонных спектров флуоресценции нефтей и нефтепродуктов. наиболее близ 1 755129
10
20
30
50 ров R (3) кий к изобретению по технической сущности, Недостаток способа заключается в том, что идентификация типа нефтяного загрязнения возможна только при таких концентрациях содержания нефти в воде, когда сигнал флуоресценции РОВ практически не проявляется в спектре флуоресценции объекта. С уменьшением концентрации нефти до порядка единиц мкл/л существенным становится вклад свечения POB в суммар ныйй спектр. Это привоДит к снижению точности корреляционного анализа, поскольку сигнал флуоресценции PGB в каждом измерении дает различный вклад в величину коэффициента корреляции; При сравнимых значениях интенсивности флуоресценции
PQB и нефтяного загрязнения способ не обеспечивает достоверность идентификации загрязнения, Цель изобретения — повышение достоверности определения типа нефтяного загрязнения в природных водных средах в концентрациях, меньших чем в разливе, Указанная цель достигается тем, что в известном способе диагностики нефтяных загрязнений на акваториях регистрируют двумерные эталонные спектры флуоресценции нефтей и нефтепродуктов в водных пробах, определяют для них направления синхронного сканирования по значениям спектральных сдвигов между длинами волн возбуждения и излучения, соответствующим максимальной интенсивности флуоресценции в двумерных эталонных спектрах, регистрируют двумерный спектр флуоресценции растворенного органического вещества незагряэненной части акватории, определяют для него значения коэффициентов корреляции с двумерными эталонными спектрами по направлениям спектров возбуждения, излучения и синхронного сканирования, регистрируют двумерный спектр флуоресценции объекта и определяют коэффициенты корре. ляции двумерного спектра объекта с двумерными эталонными спектрами с учетом коэффициента корреляции спектра органического вещества с двумерными эталонными спектрами.
Изобретение осуществляется следующим образом.
Для получения двумерных эталонных спектров флуоресценции нефтей и нефтепродуктов регистрируют с помощью лабораторного спектрометра двумерные спектры ряда нефтей и нефтепродуктов, проводят коррекцию спектров на спектральную характеристику возбуждающего излучения и спектральную чувствительность приемника оптического излучения, и екоррвктированные спектры нормируют на максимальное значение интенсивности в каждой серии измерений, Определяют координаты максимумов флуоресценции в двумерном эталонном спектре и через точку абсолютного максимума, проводят сечения двумерного спектра, соответствующие синхронному сканированию, спектрам возбуждения и излучения. Определяют оптимальные значения спектральных сдвигов между длинами волн возбуждения и излучения и по ним определяют направления синхронного сканирования, Описанным выше способом с помощью лабораторного спектрометра либо лазерным спектрометром дистанционно регистрируют спектры флуоресценции морской воды чистых от загрязнений участков акватории в различных ее точках и горизонтах.
Затем вышеуказанным методом проводят нормировку на максимальную интенсивность и усреднение полученных спектров для формирования двумерного (среднестатистического) спектра РОВ, причем количе-. ство необходимых измерений определяется условием, чтобы изменение среднего значения интенсивности и стандартного отклонения от него в усредненном спектре не превышало заданной величины при проведении дополнительного измерения, Для двумерного среднестатистического спектра флуоресценции РОВ незагрязненной части акватории определяют значение коэффициентов корреляции со всеми двумерными эталонными спектрами нефтей и нефтепродуктов по направлениям синхронного сканирования с оптимальными спектральными сдвигами и спектров возбуждения и излучения.
Среднее значение интенсивности Uров и стандартное отклонение от него ароп в среднестатистическом двумерном спектре
POB определяется по формулам:
Upon = < Цов > = —,, Uров (А» ) (1)
»=1 и Оров = < (Upos — 0ров ) >,(2) где Оров — интенсивность спектра на длине волны в точке л ;
N — число точек в спектре;
Я» — длина волны в точке К.
Коэффициенты корреляции среднестатистического двумерного спектра РОВ со всеми эталонными спектрами нефтей и неф- . тепродуктов ф" вдоль заданных направлений определяют по известной формуле:
1755129
СоставитеЛь А.Морна
Техред М.Моргентал Корректор Н.Тупица
Редактор M,Toaòèí
Заказ 2886 Тираж . Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5
Производственно-издательский комбинат" Патент",r.ужгород,уд, Гагарина,101
i 1 — направление синхронного сканирования;
l = 2 — направление спектра возбуждения;
i 3 — направление спектра излучения. 5
Для регистрации двумерного спектра флуоресценции загрязненного участка ак-ватории изменяют длину волны возбуждающего излучения s полосе поглощения нефтей и нефтепродуктов путем сканирова- 10 ния монохроматора или перестройки длинй волны генерации лазера. Возбуждаемую флуоресценцию регистрируют в спектральном интервале излучения нефтей и нефте- продуктов. Дальнейшая обработка сигнала 15 производится описанным выше способом.
Затем двумерный спектр флуоресценции загрязненного участка акватории нормируют на максимальное значение интенсивности флуоресценции и определя- 20 ют коэффициент корреляции Я с учетом полученных значений коэффициентов корреляции среднестатистического двумерного спектра POB с эталонными двумерными спектрами вероятных загрязнений пб фор- 25 муле:
Оо + Gpoe — 2 Оо Орое ров
i =f,2,3, ЗО где bo — стандартное отклонение интенсивности в двумерном спектре объекта, вычисляемое по формуле (2) для объекта;
y9 — коэффициент корреляции двумер- ного спектра объекта с двумерными эталон- 35 ными спектрами нефтей и нефтепродуктов, вычисляемый аналогично j3" по формуле (3); Оров СтаНДаРтНОЕ ОТКЛОНЕНИЕ ИНтЕНсивности в двумерном спектре РОВ, вычисляемое по формуле (2); у — коэффициент корреляции двумерного спектра POB.с двумерными эталонными спектрами нефтей и нефтепродуктов; ф„— коэффициент корреляции двумер- 45 ного спектра объекта с двумерным спектром РОВ, вычисляемый аналогично gо по формуле (3).
По максимальному значению коэффициента корреляции двумерного спектра флуоресценции объекта и двумерных эталонных спектров флуоресценции нефтей и нефтепродуктов определяют тип нефтяного загрязнения.
Ф ормул а изобретен ия
Способ диагностики нефтяных загрязнений на акваториях, включающий регистрацию спектра флуоресценции объекта, возбуждаемой в области оптического поглощения нефтей и нефтепродуктов, сравнение полученного спектра с эталонными спектрами флуоресценций нефтей и нефтепродуктов, расчет коэффициентов корреляции спектра объекта и эталонных спектров, определение типа нефтяного загрязнения по максимальному значению коэффициента, корреляции, отл и чаю щи йс я тем,что, с целью повышения достоверности определения типа нефтяного загрязнения в природных водных средах в концентрациях, меньших чем в разливе, регистрируют двумерные эталонные спектры флуоресценции нефтей и нефтепродуктов в водных пробах, определяют для них направления синхронного сканирования по значениям спектральных сдвигов между длйнами волн возбуждения и излучения, соответствующим максимальной интенсивности флуоресценции в двумерных эталонных спектрах, регистрируют двумерный спектр флуоресценции растворенного органического вещества незагрязненной части акватории, определяют для него значения коэффициентов корреляции с двумерными эталонными спектрами nо направлениям спектров возбуждения, излучения и синхронного сканирования, регистрируют двумерный спектр флуоресценции объекта и определяют коэффициенты корреляции двумерного спектра объекта с двумерными эталонными спектрами с учетом коэффициента корреляции спектра органического вещества с двумерными эталонными спектрами.