Способ определения концентрации газовойсмеси

 

О и И С-A -ff È Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

1 Ъ б==.

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (63) Дополнительное к авт, свид-ву (22) Заявлено 280677 (21) 2500837/18-25 с присоединением заявки Но (23) Приоритет

Опубликовано 070881, Бюллетень Йо 29 (51)М. Кл.з

G 01 N 27/70

Государственный комите1

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 533. 9 (088. 8) Дата опубликования описания 07.0881 (72) Авторы изобретения

Н.К.Зайцев и Н.Я.Шапарев (71) Заявитель

Институт физики им. Л.В.Киренского СО AH СССР и Вычислительный центр СО AH СССР в r.Êðàñíoÿðñêå (54 ) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ КОМПОНЕНТ

ГАЗОВОЙ СМЕСИ

Изобретение относится к методам исследования физических и химических свойств веществ с использованием протекакщего тока и может быть использовано для анализа газов сложного состава.

Известен способ определения состава газа путем измерения напряжения горения коронного разряда при изменении состава газа в разрядном промежутке 11 .

Недостаток способа состоит в его слабой избирательности при анализе многокомпонентных смесей.

Известен также способ, состоящий в подаче исследуемой смеси в плазменную область тлеющего разряда и измерении тока разряда (21.

Однако отмечается низкая чувствительность и малая селективность, так как изменение тока разряда обусловлено изменением концентрации каждой компоненты смеси.

Цель изобретения — повышение точности измерений и обеспечения селективности метода.

Это достигается тем, что на плазменную область разряда воздействуют световым потоком с длиной волны, соответствующей энергетическим переходам атомов или молекул определяемой компоненты, а по изменению тока разряда судят о концентрации определяемой компоненты смеси.

Способ осуществляют следующим образом.

Исследуемую смесь подают в плазменную область тлекщего разряда и измеряют ток разряда. В плазменной области тлеющего разряда компоненты смеси претерпевают изменения, обусловленные их взаимодействием с плазмой разряда (возбуждение, ионизация).

Затем воздействуют на плазменную область разряда световым потоком.

При этом воздействие света с длинами волн, соответствующими энергетическим переходам атомов или молекул определяемой компоненты смеси (резонансного света),- на анализируемый многокомпонентный газ, помещенный в плазменную область разряда, вызывает дискретные энергетические переходы в атомах или молекулах (возбуждение) определяемой компоненты газа.

Переход осуществляется эа счет резо-. нансных однофотонных и многофотонных процессов. Атомы или молекулы, возбужденные в результате этих про 0 цессов, вызывают изменение электроб 78948

%,=aonet, Ж =conet бии=с + — p (5) с, 1 (24) Q„

1 (6) с Г2Ж (,) кт 42ж

З сии С+ (8) Е -ь о

Я (2,4 р р 2

 — 2. (Ъ)

Ге

Т

9=а — 3 - — ° (4)

Bk Ts

r е к "е проводности плазменной среды, связанное с уменьшением потенциала ионизации в возбужденном состоянии среды и с переходом энергии возбуждения в кинетическую энергию но-сителей заряда, либо с изменением числа носителей заряда.

Изменение электропроводности вызывает изменение тока, проходящего через плазменную среду, и изменение напряженности поля в плазменной ñðåде. По изменению тока разряда судят о концентрации определяемой компоненты смеси.

Величина изменения электропроводности плазменной среды (и соответственно тока и напряжения) зависит от количества возбужденных частиц (концентрации) атомов или молекул определяемой компоненты газа.

Если воздействие резонансного света вызывает изменение электропроводности плазменной среды, это однозначно свидетельствует о присутствии в анализируемом многокомпонентном газе определяемой компоненты.

Рассмотрим плазму положительного столба тлеющего разряда. Напряженность электрического поля в,этом столбе, где Š— напряженность аксиального электрического поля в столбе, постоянная Больцмана;

Т вЂ” температура электронов, е g — доля энергии, теряемая при столкновении; — длина свободного пробега электрона в газе.

Выражение для связи концентрации атомов с параметрами .положительного столба тЛеющего разряда имеет вид где n — концентрация атомов;

R — радиус разрядной трубки;

0 — коэффициент амбиполярной диффузии;

S — коэффициент ионизации.

Коэффициент амбиполярной диффузии где Т„. — температура ионов;

D„ — коэффициент диффузии ионов.

Коэффициент ионизации где и — масса электрона; потенциал ионизации, а — константа, определякщая сечение ионизации.

Когда концентрация анализируемой компоненты значительно меньше концентрации остального газа

Учитывая также, что - —, как

8 функцию Те, можно представить в ви>/1 Е !

О 0 де — Р и подставляя уравнение

I (1) в уравнение (2), получаем где константы С„и С„определяются следующим образом:

Воздействукщее резонансное излучение, возбуждая атомы или молекулы определяемой компоненты газа, измеЗО няет электропроводность, а следовательно ток и напряженность электрического поля в плазменной среде.

Связь электропроводности Ь с током

3 и напряженностью электрического

З5 поля Е задается законом Ома: 3 = b Е, Записывается напряженность поля в виде E = Ео - Ь Е где ń— изменение электрического поля при воздействии света, и подставляя в (5), получаем формулу при определении концентрации атомов в положительном столбе тлеющего разряда

Анализ газов можно также проводить и в других плазменных средах, предварительно градуируя измерительное ур устройство.

Пример. Анализируемый многокомпонентный газ помещают в разрядную трубку с радиусом R = 0,8 см.

Основным газом является Не с .конГ - 3

55 центрацией п = 5 10 см не

Определяют присутствие в исходном газе атомов Cs и их концентрацию.

Освещают тлеющий разряд резонансным светом, насыщающим-переход атомов

60 Cs, и регистрируют изменение напряженности электрического поля. Наличие изменения напряженности электрического поля свидетельствует о присутствии в исходном газе ато45 мов Cs, 678948 формула изобретения

Сеставитель Н. Брмохин

Техред И. Голинка Корректор В. Бутяга

Редактор Т.Шагова

Заказ 5868/47 Тираж 907 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Рауыская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Вычисляют константы С„ и С по формулам (6) н (7). Для рассмотренного случая они равны С, = 21, С = 11. Значение Е = 1,22 в/см. Вы численное по формуле 8 n = 10 . см. сз Способ определения концентрации компонент газовой смеси, состоящий в подаче исследуемой смеси в плазменную область тлекщего разряда и измерении тока, разряда, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повьваения точности измерений концентрации и обеспечения селективнос-. ти метода, на плазменную область разряда воздействуют световым потоком с длиной волны, соответствукицеУ энергетическим переходам атомов

5 или молекул определяемой компоненты, а по изменению тока разряда судят о концентрации определяемой компоненты смеси.

Источники информации, принятые во внимание при экспертиза

1. Авторское свидетельство СССР

9131903, кл. G 01 и 27/00, 1970.

2. Патент Японии Р 50-531, кл. 93 D 01,. 1972.