Устройство спектрофотометрического мониторинга природных вод



Устройство спектрофотометрического мониторинга природных вод
Устройство спектрофотометрического мониторинга природных вод
Устройство спектрофотометрического мониторинга природных вод
Устройство спектрофотометрического мониторинга природных вод
Устройство спектрофотометрического мониторинга природных вод

 


Владельцы патента RU 2405134:

Вертинский Алексей Павлович (RU)

Изобретение относится к мониторингу природных вод. Датчик спектрофотометра выполнен в виде выносного индуктора с проточным каналом, по сторонам которого установлены фотоисточник и фотоприемник, соединенные с электросхемой спектроэлектрофотометра. Снабжение датчика проточным каналом позволяет использовать его для осуществления мониторинга водной среды природных бассейнов с помощью речных судов в любом месте и на любой глубине. Так как индуктор переменного тока возбуждает в воде вторичные электрические токи, осуществляя электролиз водной среды, что приводит все примеси в водной среде в возбужденное состояние, повышая интенсивность спектров поглощения всех компонент, обеспечивается возможность их регистрации при низких концентрациях. Для работы выносного индукционного датчика спектрофотометра его выносят за борт речного судна, в каюте-лаборатории которого установлены спектрофотометр и бортовая энергоустановка. 5 ил.

 

Вводная часть

Как известно, ПДК промышленных выбросов в окружающую природную среду по своим численным значениям находятся на границе или даже ниже порогов чувствительности методов современного химического анализа. Указанное замечание относится прежде всего к высокотоксичным веществам, например ионам тяжелых металлов (Hg, Pb, Zn и др.), содержащихся в стоках и выбросах многих, преимущественно химических промышленных, предприятий. Поэтому на практике оценку загрязнения среды осуществляют по анализу конечных звеньев трофических цепей экосистем. Так как заключительным звеном в этих цепях является человек, то данное обстоятельство предопределило распространение на практике способов оценки загрязнения окружающей природной среды по анализам мочи, крови, волос и др. Ясно, что подобный контроль загрязнения окружающей природной среды значительно снижает его оперативность и информативность, как это описано в литературе, например:

1. Буштуева К.С. и Слученко И.С. Методы и критерии оценки состояния здоровья населения в связи с загрязнением окружающей среды. М., 1979, стр.37 и др.

Широкое распространение в современной практике для определения концентрации примесей в растворах получили фотоэлектроколориметры и спектрофотометры, описанные в литературе, например:

2. Крешков А.П. Основы аналитической химии. Физико-химические (инструментальные) методы анализа. М., «Химия», 1970, стр.244, 255 и др.

3. Спектрофотометр СФ-46. Техническое описание и инструкция по работе. Издание завода-изготовителя ЛОМО, Ленинград, 1991, стр.10 и др.

Как указано в литературе, работа известных фотоэлектроколориметров и спектрофотометров основана на принципе измерения отношения двух световых потоков, прошедших через различные участки среды, одним из которых используется исследуемый раствор в прозрачной кювете, а вторым участком служит контрольный образец. Как отмечается в литературе по п.1 и др., непосредственный фотоэлектроколориметрический или спектрофотометрический анализ природных вод не позволяет обнаружить концентрации тяжелых металлов и их соединений на уровне ПДК. Кроме того, применение известных фотоэлектроколориметров и спектрофотометров связано с необходимостью забора проб растворов для их исследования в стационарных лабораторных условиях, что значительно снижает оперативность мониторинга окружающей среды.

4. Прототипом заявленного устройства является устройство для определения содержания жира в молоке по а.с. СССР №10694195 G01N 33/04, опубл. в БИ №48, 1983, стр.166. Устройство по прототипу содержит источник и датчик светового излучения, между которыми размещена кювета с исследуемой пробой, причем датчик светового излучения подключен к входу блока преобразователя сигнала, оснащенного регистратором. Так как устройство по прототипу не имеет конструктивных признаков по возбуждению исследуемой пробы и может применяться в стационарных лабораторных условиях, то эти обстоятельства не позволяют устройство по прототипу использовать для непрерывного контроля водной среды в естественных условиях.

Технической задачей настоящего изобретения является повышение оперативности и информативности мониторинга окружающей среды, которая может быть решена путем повышения спектров поглощения водных растворов тяжелых металлов и их соединений, позволяя спектрофотометрическим способам их регистрацию при низких концентрациях.

Осуществить возбуждение атомов металлов и их соединений в водных растворах возможно путем электролиза водной среды, индуцируя в ней вторичные электрические токи с помощью индукторов, описанных в литературе, например:

5. Вертинский А.П. Многофазный индукционный электрокоагулятор. Патент №2077954 РФ, В03С 5/00, С02F 1/46, БИ №12/97.

С целью повышения оперативности и информативности непрерывного мониторинга водной среды природных бассейнов датчик спектрофотометра выполнен в виде выносного индуктора с проточным каналом, по сторонам которого фотоисточник и фотоприемник, соединенные с электросхемой спектроэлектрофотометра.

Так как датчик спектрофотометра по заявленному изобретению снабжен проточным каналом, то данный конструктивный признак позволяет использовать его для осуществления мониторинга водной среды природных бассейнов с помощью транспортных средств, например, речных судов в любом месте и на любой глубине.

Так как индуктор переменного тока возбуждает вблизи обмотки на стенках проточного канала вторичные электрические токи, осуществляя электролиз водной среды, то данное обстоятельство приводит все примеси в водной среде в возбужденное состояние, повышая интенсивность спектров поглощения всех компонент, обеспечивая возможность спектрофотометру их регистрацию при низких концентрациях.

Перечень чертежей

Фиг.1. Общий вид устройства - выносного индукционного датчика спектрофотометра.

Фиг.2. Сечение устройства - выносного индукционного датчика спектрофотометра вертикальной плоскостью по оптической оси фотоисточника и фотоприемника.

Фиг.3. Сечение устройства - выносного индукционного датчика спектрофотометра горизонтальной плоскостью по оптической оси фотоисточника и фотоприемника.

Фиг.4. Принципиальная электросхема устройства - выносного индукционного датчика спектрофотометра

Фиг.5. Пример схемы работы устройства спектрофотометрического мониторинга природных вод.

Детальное описание изобретения

Устройство - выносной индукционный датчик спектрофотометра - состоит из магнитного сердечника 1 с проточным каналом 2 по вертикальной оси сердечника 1. На внутренней поверхности канала 2 прямоугольного профиля выполнены пазы 3 для цилиндрической прямоугольного профиля обмотки индуктора. Перпендикулярно оси канала 2 с его противоположных сторон выполнены сверление 4 с фотоприемником 5, снабженном выводами 6 в изолирующей оболочке 7 к электросхеме; и сверление 8 с оптической системой 9 и фотоисточником 10, снабженном выводами 11 в изолирующей оболочке 12 к электросхеме. Обмотка индуктора в пазах 3 выполнена из электроизолированного провода и снабжена выводами в изолирующей оболочке 13 к электросхеме. Все выводы от выносного индукционного датчика соединены с жилами многожильного электрокабеля 14, прикрепленного к несущему тросу 15, закрепленному к кронштейнам-проушинам 16 на сердечнике 1.

Принципиальная электросхема выносного индукционного датчика спектрофотометра включает в себя применяемые по своему прямому назначению блоки спектрофотометра по прототипу: преобразователь электрических сигналов 17, индикатор электрических сигналов 18, блок электропитания 19, размещенные на борту транспортного средства, к которым присоединены жилы многожильного кабеля 14 выводами 6 от фотоприемника 5 к входу преобразователя электрических сигналов 17, выводами 11 от фотоисточника 10 и выводами 20 от обмотки индуктора в пазах 3 к блоку электропитания спектрофотометра по прототипу. Выносной индукционный датчик спектрофотометра 1 на несущем тросе 15 с многожильным кабелем 14 вынесен за борт, например, речного судна 21, в каюте-лаборатории 22 которого установлены спектрофотометр по прототипу и бортовая энергоустановка 23. Сердечник 1 выносного индукционного датчика спектрофотометра выполнен из стали электротехнической, например, марки Э-330 и др., обмотки индуктора и все выводы и соединительные электропровода выполнены из медного провода, например, марки ПЭВ, многожильный кабель 14 может быть марки КРПГ и др. В качестве фотоприемника 5 может быть использован типовой фотоэлемент, а в качестве фотоисточника 10 - типовой фотодиод с характеристиками по конкретным условиям эксплуатации.

Работа устройства спектрофотометрического мониторинга природных вод

Для работы выносного индукционного датчика спектрофотометра его выносят за борт, например, речного судна 21, в каюте-лаборатории 22 которого установлены спектрофотометр по прототипу и бортовая энергоустановка 23. Датчик в сборе с помощью кронштейнов-проушин 16 и троса 15 с кабелем 14 спускается за борт судна 21 на заданную глубину в заданном месте водоема.

При включении электропитания 19 (БП) фотоисточник 10 с помощью оптической системы 9 создает поток света через проточный канал 2, заполненный водной средой на заданной глубине в заданном месте водоема. Так как блок электропитания 19 одновременно осуществляет и электропитание переменным током обмотки индуктора в пазах 3 сердечника 1, то в водной среде внутри канала 2 индуцируются вторичные короткозамкнутые электротоки, осуществляя электролиз всей водной среды в канале 2. При прохождении фотопотока от фотоисточника 10 к фотоприемнику 5 через электризованную водную среду в канале 2 в среде осуществляется процесс интенсивного поглощения света на частотах компонент примесей, обеспечивая соответственно концентрации интенсивные линии спектра поглощения содержащихся в водной среде компонент. В результате фотоприемник 5 посылает в преобразователь 17 соответственно интенсивные импульсы, которые после преобразования отображаются индикатором 18 в виде цифровой информации, отклонения стрелки прибора или графика на ленте самописца по конкретному исполнению. При этом показания индикатора могут быть предварительно проградуированы по эталонным составам и снабжены соответствующими градуировочными картами индикации заданных примесей в широких пределах в окрестностях ПДК. Данное обстоятельство позволяет непрерывно снимать с индикатора оперативную документированную информацию по ходу судна 21 и динамике глубины нахождения выносного индукционного датчика спектрофотометра по описанному.

Эффективность предлагаемого устройства спектрофотометрического мониторинга природных вод определяется конкретным исполнением выносного индукционного датчика спектрофотометра по заданным условиям эксплуатации и может обеспечить оперативный контроль водной среды в любых природно-климатических зонах.

Устройство спектрофотометрического мониторинга природных вод, содержащее фотоисточник и фотоприемник с противоположных сторон кюветы с исследуемой пробой воды, электрически соединенные с блоком электропитания, преобразователем и индикатором сигнала, отличающееся тем, что кювета выполнена в виде магнитного сердечника с проточным каналом прямоугольного профиля по вертикальной оси сердечника, на внутренней поверхности выполнены пазы с цилиндрической прямоугольного профиля обмоткой индуктора, соединенного с источником переменного тока, перпендикулярно оси канала с его противоположных сторон выполнены сверление с фотоприемником, снабженным выводами к электросхеме, и сверление с оптической системой и фотоисточником, снабженным выводами к электросхеме.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области реставрационной и криминалистической техники и может быть использовано для бесконтактного и неразрушающего анализа скрытого цветного или черно-белого изображения как в художественных картинах, так и документах.

Изобретение относится к анализу изоляционных жидкостей, в частности к диагностике качества трансформаторных масел. .

Изобретение относится к геологии и преимущественно предназначено для глубинного видеонаблюдения. .

Изобретение относится к области стандартизации и определения качества льняного сырья и может быть использовано для определения отделяемости волокна в стланцевой льняной тресте.

Изобретение относится к аналитической химии и экологии и связано с определением микроконцентраций сурьмы в воде. .

Изобретение относится к области специального оптического приборостроения и предназначено для анализа концентрации компонент веществ (растворов), в том числе и сильно рассеивающих свет, спектрального анализа веществ, анализа концентрации компонент крови человека, таких как гемоглобин, билирубин и т.п.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для обнаружения и количественного анализа веществ. .

Изобретение относится к способу определения компонента в образце и, в частности, к способу внесения поправки в значение оптической плотности для спектрометра. .

Изобретение относится к средствам аналитического контроля мутных сред и может быть применено в современных автоматических системах управления технологическими процессами в металлургической, целлюлозно-бумажной, пищевой и химической промышленности для оперативного определения концентрации взвешенных частиц в технологических растворах.

Изобретение относится к текстильной промышленности и предназначено для измерения показателей засоренности хлопковых волокон
Изобретение относится к способам и средствам для регистрации образования синглетного кислорода в атмосфере

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для анализа веществ, в том числе и сильно рассеивающих свет
Изобретение относится к аналитическому контролю химического состава материала и изделий из титаната диспрозия (Dy2 O3·TiO2), гафната диспрозия (nDy 2O3·mHfO2) и их смесей

Изобретение относится к системе для измерения рН, и более конкретно, к улучшенным способу и устройству для измерения рН слабощелочных растворов экстраполяцией спектрофотометрических измерений от многих чувствительных элементов-индикаторов рН

Изобретение относится к дистанционному контролю технического состояния высоковольтного маслонаполненного электроэнергетического оборудования (МЭО), в частности силовых маслонаполненных трансформаторов, находящегося под напряжением, и предназначено для создания диагностических информационно-измерительных комплексов контроля технического состояния такого оборудования

Изобретение относится к способу прогнозирования фотостабильности коллоидных полупроводниковых квантовых точек со структурой ядро-оболочка в кислородсодержащей среде, включающий измерение кинетик фотолюминесцентного сигнала квантовых точек для тестируемой и эталонной партий, определение для указанных партий значений параметра, характеризующего скорость спада фотолюминесцентного сигнала во времени
Наверх