ES2611192T3 - Medición de compuesto gaseoso utilizando espectroscopía - Google Patents
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Abstract
Un método para medir el contenido de un compuesto gaseoso de una mezcla gaseosa, en donde el compuesto gaseoso consiste en moléculas de compuesto gaseoso (510) y la molécula de compuesto gaseoso (510) no es una molécula de haluro alcalino, en donde la molécula de haluro alcalino tiene la forma MHa, en donde M es un átomo de metal alcalino del grupo de Li, Na, K, Ru, Cs y Fr, y Ha es un átomo de halógeno del grupo de F, Cl, Br, I y At, comprendiendo el método - generar un haz de luz (170), en donde el haz de luz (170) comprende fotones que tienen una longitud de onda de haz (λb), - guiar el haz de luz (170) a una primera trayectoria óptica (160), en donde - la primera trayectoria óptica (160) corre a través de un espacio (110) que contiene la mezcla gaseosa que comprende el compuesto gaseoso, por lo cual el haz de luz (170) se atenúa a un haz de luz atenuado (175), - detectar un primer valor indicativo de una primera intensidad (Ik0) del haz de luz atenuado (175), - generar un último pulso de luz (710, 710a), en donde el último pulso de luz (710, 710a) comprende fotones (515, 515b) que tienen una primera longitud de onda de pulso (λp1) y - opcionalmente generar otro pulso de luz (710b, 710c), caracterizado porque - el haz de luz (170) es monocromático o esencialmente monocromático y tiene la longitud de onda de haz (λb) - el último pulso de luz (710, 710a) es monocromático o esencialmente monocromático y tiene la primera longitud de onda de pulso (λp1), comprendiendo además el método - guiar al menos parte del último pulso de luz (710, 710a) a una segunda trayectoria óptica (800), que corre a través del espacio (110), de modo que la segunda trayectoria óptica (800) es esencialmente paralela a la primera trayectoria óptica (160), - disociar al menos parte de las moléculas de compuesto gaseoso (510) o al menos parte de las moléculas de compuesto gaseoso excitadas (510b) en la primera trayectoria óptica (160) en al menos dos partes disociadas (520, 525, 530, 532, 534) utilizando el último pulso de luz (710, 710a) o el otro pulso de luz (710b, 710c), - disociar (i) al menos parte de las moléculas de compuesto gaseoso (510), (ii) al menos parte de las moléculas de compuesto gaseoso excitadas (510b), (iii) al menos parte de las partes disociadas (530, 534) o (iv) al menos parte de las partes disociadas excitadas (530, 534) en la primera trayectoria óptica (160) en átomos, moléculas, iones o radicales de la primera parte (520) y en otra parte (525, 532, 536) utilizando el último pulso de luz (710, 710a), por lo cual el haz de luz (170) se atenúa adicionalmente a un haz de luz atenuado (175) mediante absorción a los átomos, moléculas, iones o radicales de la primera parte (520) en la primera trayectoria óptica.(160), - seleccionar la longitud de onda de haz (λb) de modo que corresponda al perfil de absorción de la primera parte (520), - detectar un segundo valor indicativo de una segunda intensidad (Ik) del haz de luz atenuado (175) y - determinar, utilizando el primer valor y el segundo valor, el contenido del compuesto gaseoso de la mezcla gaseosa.
Description
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Medicion de compuesto gaseoso utilizando espectroscopla Campo de la Invencion
La invencion se refiere a un metodo para medir el contenido de un compuesto gaseoso de una mezcla gaseosa utilizando espectroscopla optica. La invencion se refiere a un metodo, en donde en la mezcla gaseosa y el compuesto gaseoso son el resultado de un proceso termico. El proceso termico puede ser, por ejemplo, uno de combustion, pirolisis, torrefaccion y gasificacion. La invencion tambien se refiere a un dispositivo dispuesto para medir el contenido del compuesto gaseoso de la mezcla gaseosa utilizando espectroscopla optica, en donde el compuesto gaseoso puede ser el resultado de un proceso termico.
Antecedentes de la Invencion
Aspectos ambientales y el aumento del precio de los combustibles fosiles han aumentado el interes en combustibles renovables en la produccion de energla. Una alternativa, como combustible neutro en gran medida de CO2, es la biomasa. La biomasa puede, por ejemplo, cosecharse como residuos de la industria forestal. Ademas, la biomasa puede comprender al menos un desecho agricola, turba, tocones, ramas y madera de desecho tal como corteza, escombros de construcciones de madera y residuos de productos de madera. La biomasa puede utilizarse en un proceso termico. Por ejemplo, la biomasa puede quemarse para producir energla. Alternativamente, la biomasa puede gasificarse para producir gases de slntesis, que pueden procesarse adicionalmente para obtener biocombustible. Ademas, la biomasa puede tratarse en un proceso de pirolisis para producir gas de pirolisis, que puede condensarse para obtener aceite de pirolisis. Ademas, la biomasa puede tratarse en un proceso de torrefaccion para producir biocoque, que puede utilizarse ademas en procesos de combustion y/o gasificacion. Estos procesos termicos producen una mezcla de varios gases, por ejemplo, gas de escape, gas de slntesis, gas de pirolisis o gas de torrefaccion. El contenido de un compuesto gaseoso especlfico en los gases es a menudo de interes debido a distintas razones. Por ejemplo, los gases de escape, como resultado de la combustion de biomasa, causan problemas de corrosion y descorificacion en calderas de combustion. Una causa de los problemas son los vapores de hidroxido alcalino que se forman durante la combustion. Para cuantificar el problema de la corrosion, el contenido de hidroxido de los gases de escape debe ser medido. Ademas de los hidroxidos, cloruros de metal tales como PbCl2, carbonatos de metal tales como K2CO3 y sulfatos de metal tales como K2SO4 pueden provocar problemas similares.
En general, puede utilizarse espectroscopla optica para medir el contenido de gases daninos de los gases. Los metodos incluyen espectroscopla de absorcion, en donde se mide la atenuacion de la luz. Dado que diferentes compuestos gaseosos absorben la luz de diferente manera, el espectro de atenuacion puede usarse para deducir el contenido de diferentes compuestos gaseosos. La sensibilidad del metodo es relativamente baja y se encuentra en el rango de ppm (partes por millon, 10-6). Esto se debe en parte a la baja absorcion de los gases y en parte a fluctuaciones en el gas de escape.
Los metodos opticos incluyen tambien aquellos basados en Fluorescencia Inducida por Laser de Exclmeros. En estos metodos, las moleculas de cloruro alcalino se disocian y el atomo alcalino liberado se excita usando un laser de exclmeros. Dado que el atomo alcalino se relaja de su estado excitado, se emite un foton. La longitud de onda del foton corresponde a la especie alcalina y el contenido alcalino se mide a partir del espectro de emision. En principio, la sensibilidad del metodo esta en el rango de ppmm (partes por mil millones, 10-9). Sin embargo, en un entorno de combustion, la dispersion de la luz, por ejemplo, de partlculas de hollln, diluye la sensibilidad de los metodos.
A menudo, las mediciones espectroscopicas se realizan en un amplio rango del espectro. El documento JP 2009 276308 divulga un dispositivo que tiene una primera fuente de luz laser para generar una luz de bomba, una segunda fuente de luz laser para generar una luz de senal, y un generador de luz de frecuencia de diferencia para generar una luz de una frecuencia de diferencia entre una frecuencia de luz de bombeo y una frecuencia de luz de senal. Las longitudes de onda respectivas de la luz de bomba, luz de senal y la luz de frecuencia de diferencia se ajustan a las longitudes de onda de la absorcion de luz que son altas en coeficiente de extincion molar. De esta forma, pueden usarse dos laseres para generar luz para al menos tres longitudes de onda. Ademas, en el documento JP 2006 300760 un laser de bomba y un laser de senal se acoplan para formar una tercera longitud de onda.
El documento WO 01/27593 divulga un metodo para medir la concentracion de gases daninos en los gases de escape a traves de una planta productora de calor que comprende un espacio de combustion. All! se usa luz ultravioleta para realizar mediciones de concentracion in-situ de metales gaseosos y/o cloruros de metal. Las mediciones se basan en la absorcion.
Penelope Monkhouse ha publicado en "Metodos espectroscopicos y espectrometricos en llnea para la determinacion de especies metalicas en procesos industriales", Progreso en ciencia de la energla y combustion, Elsevier Science Publishers, Amsterdam, NL, vol. 37, no. 2,,10 de mayo de 2010 (2010-05-10), paginas 125-171, una resena de varias tecnicas espectroscopicas para metodos espectroscopicos y espectrometricos en llnea para la determinacion de especies metalicas en procesos industriales. Estas tecnicas incluyen espectroscopla de absorcion y emision.
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Grener et al han divulgado, en "Mediciones de la concentracion de alcalis in situ en un quemador de carbon por lecho fluidizado presurizado mediante fluorescencia de fragmentation inducida por laser de excimeros", 19960101, vol. 26, no. 2, 1° de enero de 1996 (1996-01-01), paginas 3301-3307, un metodo, basado en fluorescencia de fragmentacion inducida por laser, para medir la concentracion de alcalis. En este metodo, partes fotodisociadas de moleculas, cuando se desexcitan, emiten luz por fluorescencia.
Ademas, el documento US 2008/0165363 divulga un espectrometro capaz de fotolisis instantanea util en el estudio de la quimica. Alli, un breve pulso instantaneo de radiation de luz se dirige a una muestra quimica en un compartimiento. Posteriormente se mide el cambio en la absorcion. Luego, la information es enviada desde el dispositivo de adquisicion de datos a la entrada de un microprocesador, tal como una computadora, para su almacenamiento y posterior manipulation.
Compendio de la Invention
Se presenta un metodo de acuerdo con la reivindicacion 1 para medir el contenido de un compuesto gaseoso en una mezcla gaseosa. El metodo es especialmente util en casos en los que la mezcla gaseosa es un gas producto de un proceso termico. Mediante el metodo puede alcanzarse una sensibilidad en el rango de ppmm (10-9).
Una realizacion del metodo se divulga en la reivindicacion 1.
En el metodo, el compuesto gaseoso consiste en moleculas de compuesto gaseoso y la molecula de compuesto gaseoso no es una molecula de haluro alcalino, en donde la molecula de haluro alcalino ha formado MHa, en donde M es un atomo de metal alcalino del grupo de Li, Na, K, Ru, Cs y Fr, y Ha es un atomo de halogeno del grupo de F, Cl, Br, I y At.
Otras realizaciones del metodo se divulgan en los ejemplos 2 - 27.
Para la aplicacion del metodo se divulga un dispositivo de acuerdo con la reivindicacion 10 para medir el contenido de un compuesto gaseoso en una mezcla gaseosa.
Otras caracteristicas de realizaciones del dispositivo se divulgan en los ejemplos 29 a 49.
El dispositivo puede estar compuesto por una caldera, tal como se divulga en el ejemplo 50. El dispositivo puede estar compuesto por un reactor de gasification, tal como se divulga en el ejemplo 51. El dispositivo puede estar compuesto por un reactor de pirolisis, tal como se divulga en el ejemplo 52. El dispositivo puede estar compuesto por un reactor de torrefaccion, tal como se divulga en el ejemplo 53.
Description de los dibujos
Las Figuras 1a-1d muestran algunas trayectorias opticas entre una entrada optica y una salida optica de un recipiente con mezcla gaseosa,
la Figura 2a muestra la disociacion de una molecula de hidroxido de sodio en un atomo de sodio y una molecula de hidroxido usando un foton de un pulso optico,
la Figura 2b muestra la disociacion de una molecula de hidroxido de sodio en un atomo de sodio y una molecula de hidroxido usando dos fotones de un pulso optico,
la Figura 3a muestra la absorcion normalizada de moleculas de hidroxido de sodio y cloruro de sodio en funcion de la longitud de onda,
la Figura 3b muestra el corte transversal de la absorcion de atomo de sodio en funcion de la longitud de onda, la Figura 4a muestra una senal de medicion obtenible de un dispositivo de cualquiera de las Figuras 5a - 5c en la escala de tiempo de un segundo, en la escala de tiempo de diez milisegundos y en la escala de tiempo de cien microsegundos,
la Figura 4b muestra senales de medicion reales obtenibles de un dispositivo de cualquiera de las Figuras 5a - 5c en una escala de tiempo de 10 microsegundos,
la Figura 4c muestra una senal de medicion idealizada obtenible de un dispositivo de cualquiera de las Figuras 5a - 5c,
la Figura 5a muestra un dispositivo para medir el contenido de un compuesto gaseoso en una mezcla gaseosa,
la Figura 5b muestra otro dispositivo para medir el contenido de un compuesto gaseoso en una mezcla gaseosa,
la Figura 5c muestra otro dispositivo para medir el contenido de un compuesto gaseoso en una mezcla gaseosa,
la Figura 6a muestra la disociacion de una molecula de cloruro de plomo en un atomo de plomo y dos atomos de cloro utilizando dos pulsos opticos,
la Figura 6b muestra la intensidad de un haz de luz atenuado que tiene la longitud de onda Ab y las intensidades de los dos pulsos de luz que tienen las longitudes de onda Ap1 y Ap2,
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la Figura6c muestra un dispositivo para medir el contenido de un compuesto gaseoso en una mezcla gaseosa capaz de emitir dos pulsos opticos disociativos, posiblemente en dos longitudes de onda, la Figura 7a muestra la disociacion de una molecula de cloruro de cromo en un atomo de cromo y tres atomos de cloro usando tres pulsos opticos,
la Figura 7b muestra un dispositivo para medir el contenido de un compuesto gaseoso en una mezcla gaseosa capaz de emitir tres pulsos opticos disociativos, posiblemente en tres longitudes de onda, y la Figura 8 muestra una caldera y posibles ubicaciones para mediciones opticas dentro de la caldera.
Descripcion detallada de la Invencion
Se presentan un metodo y un dispositivo para medir el contenido de un compuesto gaseoso en una mezcla gaseosa. La expresion mezcla gaseosa se refiere a una mezcla que comprende al menos un compuesto gaseoso. Tlpicamente, una mezcla gaseosa comprende varios compuestos gaseosos. Ademas, la mezcla gaseosa puede comprender compuestos solidos y llquidos, tales como partlculas o gotitas. La expresion compuesto gaseoso se refiere a una sustancia que esta en su forma gaseosa en la temperatura y presion de medicion.
La mezcla gaseosa puede ser, por ejemplo, el resultado de un proceso termico. El proceso termico puede ser, por ejemplo, uno de combustion, pirolisis, torrefaccion y gasificacion. En particular, la temperatura de la mezcla gaseosa puede ser relativamente alta, por ejemplo, de 300°C a 1300°C. Sin embargo, el metodo es aplicable tambien a temperatura ambiente y temperaturas menores. Por ejemplo, la mezcla gaseosa puede tener una temperatura mayor que -50°C. El o los compuestos gaseosos de la mezcla gaseosa se encuentran en su estado gaseoso en la temperatura y la presion. Otros compuestos pueden estar en estado llquido o solido, como se describio anteriormente. El contenido del compuesto gaseoso de la mezcla gaseosa puede medirse con el metodo que se divulgara, por ejemplo, utilizando un dispositivo que se divulgara.
La medicion se basa en espectroscopla de absorcion. En el metodo se genera un haz de luz, el cual es guiado a traves de la mezcla gaseosa que ha de medirse, a lo largo de una trayectoria optica, con lo cual una parte de la luz es absorbida y dispersada por la mezcla gaseosa y se mide la intensidad del haz de luz que ha pasado a traves de la mezcla gaseosa. Otros pasos del metodo se describiran mas detalladamente mas adelante. En referencia a las Figuras 1a-1d, la mezcla gaseosa puede ubicarse en un espacio 110. El espacio 110 puede estar limitado por las paredes 102 (por ejemplo, las paredes 102a1, 102a2, 102b1, 102b2, 102c, 102d1, 102d2). El espacio 110 no esta
necesariamente limitado por paredes. En este caso, el contenido del compuesto gaseoso del ambiente puede
medirse. Mas aun, el dispositivo puede estar instalado en el ambiente y puede utilizarse como tal. Sin embargo, a menudo la mezcla gaseosa se encuentra en un canal o recipiente limitado por al menos una pared (por ejemplo, un tubo).
El termino "pared" se utiliza solamente para describir un elemento que separa el espacio 110 del exterior. Al menos una pared 102 comprende al menos una entrada optica 130, tal como una ventana 140 o un agujero 132, para mediciones opticas. En la Figura 1a, una ventana 140 es transparente de forma que la luz pueda propagarse a
traves de la ventana. Preferiblemente, la luz del haz de luz de medicion 170 (170a, 170b, 170c) no se atenua
significativamente mientras pasa a traves de la ventana. La longitud de onda del haz de luz 170 se definira con mas detalles mas adelante. Una pared 102 puede comprender al menos una salida optica 135, tal como una ventana 140 o un agujero 132. En la Figura 1a, la ventana 140a1 tambien se marca con el numero de referencia 130 para la entrada optica. En la Figura 1a, la ventana 140a2 tambien se marca con el numero de referencia 135 para la salida optica. En el caso de que se utilice un agujero 132 (Figura 1 d; 132d1, 132d2) como entrada optica, puede hacerse pasar aire u otro gas a traves del agujero 132 y hacia el espacio 110 con el fin de retener la mezcla gaseosa en el espacio 110. En el metodo o con el dispositivo, un haz de luz 170 (170a, 170b, 170c, 170d) es generado y guiado a traves de la entrada optica al espacio 110. Tambien puede generarse una trayectoria optica sin ninguna pared, en cuyo caso no se necesita una entrada optica ni una salida optica.
En referencia a las Figuras 1a-1d, entre una entrada optica 130 y una salida optica 135, en el espacio 110, se forma una primera trayectoria optica 160. Cuando el haz de luz 170 ingresa en la entrada optica 130, el haz de luz viaja a traves de la primera trayectoria optica 160 hasta la salida optica 135. El contenido del compuesto gaseoso en la mezcla gaseosa, en el espacio 110, en la primera trayectoria optica 160, se medira como se describira mas adelante. En las Figuras 1a-1c, una ventana 140a1, 140b1 o 140c1 hace de entrada optica 130 y otra ventana 140a2, 140b2, 140c2 hace de salida optica 135. En la Figura 1d, el agujero 132d1 hace de entrada optica 130 y el agujero 132d2 hace de entrada optica 135.
Una realizacion preferida para la primera trayectoria optica 160a se muestra en la Figura 1 a, en donde una primera pared 102a1 comprende una primera ventana 140a1, una segunda pared 102a2 comprende una segunda ventana 140a2, la primera pared 102a1 es basicamente paralela a la segunda pared 102a2 y la trayectoria optica 160a es basicamente perpendicular a la primera ventana 140a1 y la segunda ventana 140a2. Las ventanas pueden ser basicamente paralelas a la pared. La pared 102 puede ser curva. En una realizacion preferida, las ventanas 140a1 y 140a2 son basicamente planas. Un haz de luz 170a ingresa y penetra en la primera ventana 140a1, viaja a lo largo de la primera trayectoria optica 160a a la segunda ventana 140a2, ingresa y penetra la segunda ventana 140a2 y sale de la segunda ventana como un haz de luz atenuado 175a. La primera trayectoria optica 160a se extiende a traves del espacio 110.
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Otras realizaciones se muestran en las Figuras 1b y 1c. En la Figura 1b, un haz de luz 170b ingresa y penetra la primera ventana 140b1, viaja a lo largo de la primera trayectoria optica 160b a la segunda ventana 140b2, ingresa y penetra la segunda ventana 140b2 y sale de la segunda ventana como el haz de luz atenuado 175b. La primera ventana 140b1 esta dispuesta en un angulo con respecto a la segunda ventana 140b2. En la Figura 1b, el angulo es esencialmente un angulo recto. Sin embargo, otros angulos tambien son posibles.
En la Figura 1c, un haz de luz 170c ingresa y penetra la primera ventana 140c1, viaja a lo largo de una primera parte 160c1 de la primera trayectoria optica a un reflector 145. Una parte de la pared 102 puede actuar como el reflector 145. El reflector puede reflejar o dispersar el haz de luz de modo que al menos parte del haz de luz es guiado a una segunda parte 160c2 de la trayectoria optica. La parte reflejada o dispersada del haz de luz viaja a lo largo de una segunda parte 160c2 de la primera trayectoria optica a la segunda ventana 140c2, ingresa y penetra la segunda ventana 140c2 y sale a la segunda ventana como el haz de luz atenuado 175c. La primera trayectoria optica comprende sus partes 160c1 y 160c2. La primera ventana 140c1 esta dispuesta en una pared 102c y la segunda ventana 140b2 esta dispuesta en la misma pared 102c. Si se utiliza un reflector 145, una ventana 140 puede funcionar tanto como la primera ventana como la segunda ventana, es decir tanto como la entrada optica 130 como la salida optica 135 (no se muestra).
En la Figura 1d, un haz de luz 170d penetra un primer agujero 132d1 (la entrada optica 130), viaja a lo largo de la primera trayectoria optica 160d a un segundo agujero 132d2 (la salida optica 135) y sale del segundo agujero 132d2 como el haz de luz atenuado 175d. Puede utilizarse un agujero 132 en lugar de una ventana tambien en las realizaciones de las Figuras 1b y 1c. Mas aun, un agujero 132 puede servir tanto como la entrada optica 130 como la salida optica 135. Las paredes 102 en la Figura 1d se disponen como se describio en el contexto de la Figura 1a.
En las Figuras 1a-1d, la primera trayectoria optica 160 esta ubicada opticamente entre la entrada optica 130 y la salida optica 135. En el caso que se utilice un reflector 145, la trayectoria optica no esta necesariamente flsicamente entre la entrada optica y la salida optica, como se ilustra en la Figura 1c. La expresion "opticamente entre" significa que la luz que ingresa a la entrada optica puede viajar a lo largo de la primera trayectoria optica a la salida optica (o la entrada optica, si un agujero o una ventana actua tanto como entrada optica como salida optica).
Principio de medicion, disociacion de un unico paso
Habiendo descrito los ambientes preferibles para la configuracion de medicion, el principio de medicion se describira en mayor detalle. Para superar los problemas indicados en los antecedentes, la sensibilidad de las mediciones se aumenta de dos modos:
(1) al aumentar la absorcion de la mezcla gaseosa que corresponde a las longitudes de onda del haz de luz 170 y
(2) al acortar el tiempo de medicion de modo de obtener condiciones de medicion estacionarias temporarias. La medicion se basa en espectroscopla de absorcion. El metodo comprende:
- generar un haz de luz 170, en donde el haz de luz 170 comprende fotones que tienen una longitud de onda de haz Ab,
- guiar el haz de luz 170 a una primera trayectoria optica 160, en donde
o la primera trayectoria optica 160 corre a traves de un espacio 110 que contiene la mezcla gaseosa, por lo cual el haz de luz 170 se atenua a un haz de luz atenuado 175 y
- detectar un primer valor indicativo de una primera intensidad Ik0 del haz de luz atenuado 175.
En el metodo, la sensibilidad se mejora al aumentar la absorcion de la mezcla gaseosa para la longitud de onda de haz Ab. Sin embargo, cabe destacar que en general, el haz de luz 170 comprende fotones que tienen la longitud de onda Ab y pueden comprender ademas fotones que tienen una longitud de onda diferente. En una realizacion preferida, una fuente de haz de luz monocromatica (un laser) se utiliza para generar el haz de luz 170.
La absorcion se aumenta al disociar las moleculas del compuesto gaseoso en la primera trayectoria optica 160 en dos partes: una primera parte y una segunda parte. La primera parte puede ser un atomo, una molecula e ion o un radical. El termino radical se refiere a un atomo, una molecula o un ion con electrones no apareados o una configuracion de caparazon abierto. Estos electrones no apareados pueden provocar que los radicales sean altamente qulmicamente reactivos. La segunda parte puede ser un atomo, una molecula, un ion o un radical. Al menos uno de la primera parte y la segunda parte puede estar en un estado excitado o en un estado relajado.
El proceso de disociacion se muestra esquematicamente en la Figura 2a para hidroxido de sodio. En el metodo, la molecula se disocia en dos partes utilizando un pulso de luz 710. En la Figura 2a, la molecula de hidroxido de sodio se excita primero a una molecula 512 en un estado disociativo al utilizar un pulso de luz 710. El pulso de luz 710 comprende fotones 515 que tienen una longitud de onda Ap1. Este foton 515 tambien tiene la energla hc/Ap1. La
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energla en general es relativamente alta, por ejemplo, la longitud de onda Api es corta. Se necesita alta energla para excitar la molecula 510 a la molecula 512 en el estado disociativo. El pulso de luz 710 no necesita ser monocromatico. Preferiblemente el pulso de luz 710 es monocromatico o esencialmente monocromatico y tiene una primera longitud de onda de pulso Ap1.
Haciendo referencia a la Figura 2b, la molecula puede alternativamente disociarse en al menos dos partes utilizando excitacion de dos fotones o excitacion de multiples fotones. En la Figura 2b, la molecula 510 esta disociada en dos partes utilizando un pulso de luz 710 de modo que la molecula se excita hasta el estado disociativo con al menos dos fotones del pulso o con al menos dos fotones de al menos dos pulsos. En la Figura 2b, la molecula de hidroxido de sodio 510 se excita primero a un estado excitado 510b, tal como un estado de energla o un estado virtual, con un foton 515b de un pulso optico, tal como el pulso optico 710. Luego, la molecula de hidroxido de sodio excitada 510b se excita adicionalmente a un estado disociativo 512 con otro foton 515 del pulso optico 710. Esta excitacion puede denominarse "excitacion de dos fotones". Por motivos de claridad, el pulso que comprende los fotones 515 que excitan la molecula de gas excitada 510b hasta el estado disociativo 512 puede denominarse el ultimo pulso de luz.
Incluso si no se muestra en las figuras 2a y 2b, una molecula de compuesto gaseoso 510 que comprende tres atomos puede excitarse con al menos un foton (515, 515b) a un estado excitado 512 de modo que se disocia en tres partes. Por ejemplo PbBr2 puede excitarse, por ejemplo con un foton, hasta el estado disociativo 512 de modo que el estado disociativo se disocia en Pb, Br y Br.
En el estado disociativo, la molecula 512 es inestable, lo que significa que la molecula se disocia en la primera parte 520 y la segunda parte 525. Haciendo referencia a la Figura 2a, la primera parte 520 puede referirse a un atomo de sodio. Haciendo referencia a la Figura 2a, la segunda parte 525 puede referirse a una molecula de hidroxido.
La longitud de onda del pulso (o longitudes de onda del pulso en el caso de excitacion de dos o multiples fotones con al menos dos pulsos) se selecciona de modo que disocia la molecula de compuesto gaseoso 510. Haciendo referencia a la Figura 3a, por ejemplo en el caso de que se disocie una molecula de hidroxido de sodio 510, puede utilizarse un pulso de luz que comprende fotones que tienen una longitud de onda mas corta que aproximadamente 380 nm. Sin embargo, los fotones en el rango de longitud de onda de aproximadamente 260 nm a aproximadamente 290 nm no disocian significativamente las moleculas de NaOH, como se representa en la Figura 3a. La longitud de onda del pulso se describira en mayor detalle mas adelante. En el metodo y/o el dispositivo, las longitudes de onda del haz de luz se seleccionan de modo que el haz de luz 170 comprende fotones que tienen la longitud de onda Ab. Mas aun, la longitud de onda del haz Ab se selecciona de modo que corresponde al perfil de absorcion de la primera parte 520. La longitud de onda Ab corresponde al perfil de absorcion siempre que la seccion transversal de la primera parte 520 (Figuras 2a y 2b) y para la longitud de onda Ab sea mayor que 1/1000 (un milesimo) de la seccion transversal de absorcion maxima para la primera parte 520. Preferiblemente, la primera longitud de onda Ab corresponde a la longitud de onda del maximo de absorcion. Mas aun, el haz de luz 170 utilizado para las mediciones comprende fotones que tienen la longitud de onda del haz, pero puede comprender fotones que tienen otras longitudes de onda.
Como las longitudes de onda del pulso de luz y el haz de luz se seleccionan de este modo, luego de la disociacion, el haz de luz 170 se atenua al haz de luz atenuado 175, entre otras cosas, debido a la absorcion a la primera parte 520, como se representa en las Figuras 2a y 2b. Sin embargo, cabe destacar que tambien las moleculas de gas 510 estan ubicadas en una trayectoria optica de modo que tambien las moleculas de gas 510 estan iluminadas por el haz de luz 170. Sin embargo, las moleculas de gas 510 no absorben significativamente el haz de luz 170; significativamente significando en comparacion con la absorcion a los atomos, moleculas, iones o radicales de la primera parte 520.
Haciendo referencia a la Figura 2a, la primera parte puede ser un atomo de sodio. La Figura 3b muestra una seccion transversal de absorcion calculada para un atomo de sodio que se ha producido por disociacion de una molecula de NaOH. La ubicacion, forma y altura del pico depende de la primera parte a medir. La Figura 3b sirve como ejemplo. Como se observa en la Figura 3b, para el sodio se puede utilizar la longitud de onda Ab , en donde Ab puede seleccionarse del rango de 588,99 nm a 589,05 nm. Preferiblemente, la longitud de onda Ab se selecciona para estar cerca de la longitud de onda que corresponde al pico que se muestra en la Figura 3b. Se conoce que el sodio tambien tiene otros picos de absorcion.
Alternativamente, cualquier otra longitud de onda que corresponde al perfil de absorcion de sodio puede utilizarse como la primera longitud de onda Ab. Por ejemplo, se conoce que el sodio tiene picos de absorcion tambien cerca de las longitudes de onda de 589,6 nm, 330 nm y 285 nm. Mas aun, un atomo de sodio excitado tiene un pico de absorcion cerca de la longitud de onda 818 nm. La selectividad del atomo de sodio (es decir la primera parte disociada) se utiliza en las realizaciones de la invention. Ya que la seccion transversal de absorcion tiene al menos un pico bien definido, la espectroscopla de absorcion en esta longitud de onda precisa produce resultados precisos. Sin la disociacion, el compuesto gaseoso (por ejemplo NaOH) no tiene tal perfil de absorcion altamente especlfico de longitud de onda.
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La ubicacion (es decir, longitud de onda) del pico de absorcion de sodio depende de la presion. Mas aun, la primera parte 520, segun se obtiene al disociar una molecula, tiene una mayor velocidad, ya que parte de la energla liberada en la disociacion se transforma a la energla cinetica de la primera parte. Por lo tanto, la longitud de onda para el atomo de la primera parte que corresponde al pico de absorcion puede ser levemente diferente a los valores presentados tlpicamente en la literatura para el mismo atomo, ion, molecula o radical, ya que el atomo, ion, molecula o radical de la primera parte inducido por disociacion puede tener mayor velocidad que productos de disociacion de ambiente similar. Mas aun, dependiendo de la energla del pulso de luz disociativa 710 (o pulsos), la primera parte 520 puede estar en un estado excitado. Por lo tanto, la longitud de onda de haz Ab puede corresponder al perfil de absorcion de la primera parte en el estado excitado. La longitud de onda de haz Ab puede corresponder al perfil de absorcion de la primera parte en el estado fundamental. La fuente de luz utilizada para generar el haz de luz es preferiblemente ajustable de manera que la longitud de onda puede ajustarse de manera precisa para corresponder al pico de absorcion.
Para el caso de NaOH, la longitud de onda del pulso Api es preferiblemente de 300 nm a 340 nm, por ejemplo, aproximadamente 310 nm. Por lo tanto, la fuente de luz del pulso puede seleccionarse de un rango amplio de fuentes de luz. En una realizacion, se utilizo un laser de pulso con una longitud de onda de 315 como la fuente de pulso de luz. En otra realizacion, se utilizo un laser de pulso con una longitud de onda de 330 como la fuente de pulso de luz. El espectro de absorcion de la molecula de hidroxido de sodio 510 muestra un valor relativamente alto para estas longitudes de onda especlficas como se representa en la Figura 3a. Ademas, cabe destacar que los fotones que tienen esta longitud de onda especlfica no disocian significativamente otros compuestos de sodio que pueden estar presentes en la mezcla gaseosa, por ejemplo, cloruro de sodio u otros haluros de sodio.
Las moleculas de compuestos gaseosos se disocian utilizando al menos un pulso de luz. El pulso de luz comprende fotones de los cuales la energla es suficiente para disociar al menos algunas moleculas de compuesto gaseoso. El pulso de luz puede comprender fotones que tienen una longitud de onda de menos de 430 nm. Cabe destacar que la energla de un foton que tiene esta longitud de onda es 2,88 eV. Por lo tanto, el pulso de luz 710 puede comprender fotones capaces de excitar las moleculas del compuesto 510 a un estado disociativo 512 que tiene una energla de al menos 2,88 eV por encima del estado fundamental. Sin embargo, haciendo referencia a la Figura 2b, tambien los fotones que tienen una longitud de onda mas larga son capaces de excitar las moleculas del compuesto a un estado disociativo que tiene una energla de al menos 2,88 eV por encima del estado fundamental, siempre que la molecula del compuesto gaseoso 510 se excite hasta el estado disociativo 512 a traves de un estado excitado intermedio 510c (estado de energla o estado virtual) utilizando al menos dos fotones (515, 515b). Las longitudes de onda de al menos un foton (515, 515b) pueden seleccionarse de modo que al menos un foton es capaz de excitar la molecula del compuesto gaseoso a un estado disociativo que tiene una energla de al menos 2,88 eV por encima del estado fundamental. La longitud de onda del proton 515 o 515 y 515b se selecciona de acuerdo con la secuencia de excitacion. La secuencia de excitacion se refiere a la cantidad de energla posterior requerida por la cual las moleculas del compuesto 510 se excitan hasta el estado disociativo 512.
La expresion "estado fundamental" anterior se refiere a un estado de energla mlnimo. La expresion "estado fundamental" puede referirse al estado en el que se encuentran las moleculas del compuesto gaseoso antes de la excitacion o disociacion. El "estado fundamental" en el ambiente de medicion puede ser diferente del "estado fundamental" en otra temperatura. Mas aun el "estado fundamental" puede referirse al estado de las partes disociadas despues de la disociacion.
El proceso de disociacion no es sensible a la longitud de onda, siempre que la longitud de onda sea lo suficientemente corta. Sin embargo, el espectro de absorcion de una molecula del compuesto gaseoso es indicativo de una probabilidad para un foton que tiene una longitud de onda a ser absorbida por la molecula de gas. De este modo, incluso si la disociacion no es sensible a la longitud de onda, los fotones disociativos que tienen una longitud de onda pueden disociar mas moleculas que la misma cantidad de fotones disociativos que tienen una longitud de onda diferente. Por lo tanto, el pulso de luz no es necesariamente monocromatico. Sin embargo, el pulso de luz puede ser esencialmente monocromatico, por lo cual el pulso de luz puede consistir en fotones que tienen la misma longitud de onda.
Como se describio anteriormente, el metodo comprende detectar un primer valor indicativo de una primera intensidad Ik0 del haz de luz atenuado 175. El primer valor indicativo de una primera intensidad, Ik0, del haz de luz atenuado 175 puede ser, por ejemplo, el nivel de senal del fotodetector 320 que corresponde a la primera intensidad, Iko, Otras posibilidades, por ejemplo, promediar, se describiran mas adelante.
La mezcla gaseosa que comprende el compuesto gaseoso puede ser el resultado de un proceso termico. En particular, el proceso termico puede ser continuo, por lo cual la mezcla gaseosa puede fluir en un tubo, ducto o canal. La mezcla gaseosa puede comprender varias cantidades de compuestos gaseosos y partlculas llquidas o solidas diferentes. Por lo tanto, la intensidad del haz de luz atenuado 175 fluctua. Las fluctuaciones tienden a afectar la precision de las mediciones. Por ejemplo, con la espectroscopla de absorcion para los gases de combustion, los gases de combustion pueden contener varias cantidades de partlculas solidas que viajan a traves de la trayectoria optica 160, afectando as! la intensidad del haz de luz atenuado 175. Las fluctuaciones se observan claramente en una escala de tiempo del orden de un segundo (s). La Figura 4a ilustra estas fluctuaciones. En la Figura 4a la
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intensidad normalizada del haz de luz atenuado 175 se muestra para escalas de tres veces. Primero (parte mas alta) para una escala de tiempo de 1 segundo, segundo (parte media) para una escala de tiempo intermedia de 10 milisegundos y tercero (parte mas baja) para una escala de tiempo corta de 100 microsegundos. En la escala de tiempo mas larga, la senal normalizada fluctua entre aproximadamente 0,2 y 1,0. En la escala de tiempo intermedia, la senal normalizada fluctua entre aproximadamente 0,2 y 0,7. En la escala de tiempo corta, la senal normalizada es practicamente constante (0,5). De este modo se observa que acortar la escala de tiempo para mediciones disminuye las fluctuaciones y de esta manera aumenta la precision de las mediciones. Cabe destacar que si la velocidad de flujo del gas de combustion es por ejemplo 10 m/s, las partlculas en el gas de combustion viajan solamente 10 pm en un microsegundo. De este modo, si el tamano del haz de luz es significativamente mayor que, digamos 10 pm, las fluctuaciones disminuyen. Por lo tanto, una escala de tiempo corta en combinacion con un haz de luz relativamente amplio disminuye las fluctuaciones.
La Figura 4a muestra la senal en el fotodetector 320 (ver, por ejemplo, la Figura 5a para el fotodetector) en mediciones, donde la intensidad del haz de luz 170 se mantiene constante. En las figuras, la senal del fotodetector 320 es proporcional a la intensidad del haz de luz atenuado 175. En el caso que el fotodetector 320 tenga una respuesta no lineal, el nivel de intensidad puede deducirse del nivel de senal utilizando informacion de calibracion para el fotodetector. La Figura 4a muestra una senal de intensidad, segun se midio utilizando un fotodetector 320 en las diferentes escalas de tiempo segun se describio anteriormente.
Como se describio anteriormente, la longitud de onda Ab del haz 170 se selecciona de modo que corresponde al perfil de absorcion de la primera parte 520 (por ejemplo atomo de sodio) en el estado fundamental o en un estado excitado. De este modo, la disociacion muestra la intensidad del haz de luz atenuado 175. A saber, la intensidad disminuye, lo que corresponde a la cantidad de moleculas de gas disociadas (primeras partes 520) en la primera trayectoria optica 160. Esto se muestra en las Figuras 4b y 4c. Las curvas 462 y 464 en la Figura 4b y la curva 410 en la Figura 4c muestran las mediciones de la intensidad del haz de luz atenuado 175. La calda acentuada en la intensidad corresponde a la disociacion, en donde el contenido de la primera parte disociada 520 (por ejemplo, sodio, ver la Figura 2a) del compuesto gaseoso se aumenta rapidamente. Estos atomos, moleculas, iones o radicales de la primera parte pueden alejarse de la primera trayectoria optica por ejemplo con gases de combustion. Adicionalmente, los atomos, moleculas, iones o radicales de la primera parte pueden ser altamente reactivos, especialmente con segundas partes (tambien disociadas) (por ejemplo, molecula de hidroxido, Figura 2a). Por lo tanto, las primeras partes 520 reaccionan rapidamente con otras sustancias en la mezcla gaseosa o se alejan de la primera trayectoria optica 160, aumentando as! la intensidad de vuelta al nivel original, como se muestra en las figuras 4b y 4c.
Haciendo referencia a la Figura 4c, el pulso de luz disocia parte de las moleculas del compuesto gaseoso a la primera parte y la segunda parte en el momento t0, que se muestra como una calda acentuada en la curva 410. La senal vuelve a su nivel inicial relativamente rapido. El tiempo en el cual la senal regresa a su nivel original se denomina tiempo de recuperacion. Haciendo referencia a la Figura 4b, el tiempo de recuperacion puede ser del orden de 2 ps. El periodo, en el cual los atomos o moleculas de la primera parte estan ubicados en la primera trayectoria optica 160, habiendo sido la primera parte producida al disociar las moleculas del compuesto gaseoso, se denomina por consecuencia periodo de recuperacion. El nivel de senal antes de disociar las moleculas de gas se denota por Ik0 y el nivel de senal inmediatamente o esencialmente inmediatamente despues de disociar las moleculas de gas se denota por Ik. La intensidad Ik tambien puede corresponder a un mlnimo local de la senal de intensidad. Durante el periodo de recuperacion, la intensidad del haz de luz atenuado 175 ha disminuido adicionalmente, en comparacion con la situacion antes del periodo de recuperacion, debido a las primeras partes de las moleculas de gas que estan ubicadas en la primera trayectoria optica 160.
La senal de intensidad antes de disociar las moleculas de gas, Ik0,1, iguala o aproximadamente iguala la senal despues de un largo tiempo despues de disociar las moleculas, Ik02. En principio, la intensidad Ik0 puede medirse antes del pulso de luz disociativo o despues del pulso de luz y despues del tiempo de recuperacion. Sin embargo, como una ventaja tecnica del metodo es el tiempo de medicion corto, preferiblemente la intensidad Ik0 se mide justo antes del pulso de luz disociativo.
El metodo comprende detectar un primer valor indicativo de una primera intensidad Ik0 del haz de luz atenuado 175. El primer valor indicativo de la primera intensidad Ik0 puede ser, por ejemplo, un promedio de varias senales medidas. Por ejemplo el primer valor puede ser un promedio de varias senales medidas antes de la disociacion, como se muestra en la figura 4c con el numero de referencia 420. Como otro ejemplo, el primer valor puede ser un promedio de varias senales medidas un largo tiempo despues de la disociacion, como se muestra en la figura 4c con el numero de referencia 425.
El metodo comprende ademas detectar un segundo valor indicativo de una segunda intensidad Ik del haz de luz atenuado 175 durante el periodo de recuperacion, es decir despues de disociar al menos parte de las moleculas del compuesto gaseoso 525 en la primera trayectoria optica 160. El segundo valor puede ser un valor mlnimo local de la senal 410. El segundo valor puede ser un promedio de varias senales medidas cerca del mlnimo local, como se muestra en la figura 4c con el numero de referencia 432. Tambien es posible ajustar una funcion a los datos medidos, particularmente a la parte creciente de los datos medidos. La parte creciente de los datos medidos se
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muestra en la figura 4c con el numero de referenda 430. Como un ejemplo de la funcion, puede ajustarse una llnea 435 a los datos. El segundo valor indicativo de la segunda intensidad Ik del haz de luz atenuado 175 puede detectarse utilizando esta funcion. En la Figura 4c, una posibilidad para el segundo valor se denota por I'k. El valor I'k se obtiene como el valor de la funcion ajustada (la llnea 435) al momento to. Tambien pueden ajustarse otras funciones para aumentar la parte de los datos medidos, por ejemplo, una funcion exponencial o una polinominal.
Los datos medidos pueden filtrarse antes de detectar el primero o el segundo valor. Por ejemplo, en lugar de la senal medida, puede utilizarse un promedio movil de la senal. Alternativamente o ademas, pueden excluirse valores atlpicos de las mediciones.
A modo de caracterizar las escalas de tiempo de la medicion, la Figura 4b muestra las senales medidas de una mezcla gaseosa que resulta de un proceso termico. Un pulso de luz disocia parte de las moleculas del compuesto gaseoso comprendidas en los gases de combustion al momento de aproximadamente to=5 ps, lo que se muestra como una calda acentuada en las curvas 462 y 464. Al momento t=7 ps, las senales se regresan al nivel inicial. Por lo tanto, la escala de tiempo para estas reacciones es del orden de 2 ps. Mas aun, el nivel de senal parece caer en aproximadamente 200 ns. Sin embargo, el nivel de senal que se muestra en la Figura 4b se filtra utilizando un promedio movil. Por lo tanto, el nivel de senal parece caer significativamente mas lento que en realidad lo hace. El nivel de senal cae en una escala de tiempo del orden de la duracion del pulso de luz 710. La segunda intensidad Ik del haz de luz atenuado 175 puede medirse de un mlnimo local de la senal de intensidad o utilizando una funcion ajustada segun se describio anteriormente.
El haz de luz 170 tambien puede comprender pulsos de luz. De este modo, la fuente de haz de luz 310 puede ser una fuente de luz de pulso. Cuando se utiliza la fuente de luz de pulso como la fuente de haz de luz 310, los valores en el fotodetector 320 se detectan cuando el haz de luz atenuado 175 ilumina el fotodetector. Por el contrario, si los pulsos de luz se utilizan como el haz de luz 170, el fotodetector 320 detecta periodicamente valores muy pequenos que corresponden a las veces, cuando el haz de luz atenuado 175 esta apagado. Los valores relevantes para el metodo pueden obtenerse cuando el haz de luz atenuado 175 ilumina el fotodetector 320.
Habiendo descrito el principio, es evidente que el metodo comprende ademas:
- generar un pulso de luz 710, en donde el pulso de luz 710 comprende fotones que tienen una primera longitud de onda de pulso Ap1,
- disociar al menos parte de las moleculas de gas 510 o moleculas del compuesto gaseoso excitado (510b) en la primera trayectoria optica 160 a una primera parte 520 y una segunda parte 525, utilizando el primer pulso 710, por lo cual el haz de luz 170 se atenua adicionalmente al haz de luz atenuado 175 mediante absorcion a la primera parte 520 de la molecula de gas 510 en la primera trayectoria optica 160,
- detectar un segundo valor indicativo de una segunda intensidad Ik, del haz de luz atenuado 175 y
- determinar, utilizando el primer valor y el segundo valor, el contenido del compuesto gaseoso en la mezcla gaseosa.
Mas especlficamente, el metodo comprende
- detectar un segundo valor indicativo de una segunda intensidad Ik, del haz de luz atenuado 175, en donde el haz de luz atenuado 175 se atenua adicionalmente por los atomos, moleculas, iones o radicales de la primera parte 520 en la primera trayectoria optica 160.
El segundo valor indicativo de la segunda intensidad, Ik, del haz de luz atenuado 175 puede detectarse durante el periodo de recuperacion. Mas aun, la segunda intensidad, Ik, del haz de luz atenuado 175 se ha atenuado adicionalmente mediante absorcion del haz de luz 170 a las primeras partes inducidas por disociacion 520 en la primera trayectoria optica 160. Debido a que se utiliza solamente un unico tipo de pulso de luz 710, el pulso de luz 710 puede considerarse el ultimo pulso de luz, si fuese necesario.
El segundo valor indicativo de una segunda intensidad, Ik, del haz de luz atenuado 175 puede ser, por ejemplo, el nivel de senal del fotodetector 320 que corresponde a la segunda intensidad, Ik. Los valores indicativos de las intensidades pueden ser naturalmente el valor de las intensidades. Puede utilizarse una funcion ajustada de modo que un valor de la senal en la parte creciente de los datos medidos es indicativa de la intensidad local minima o la segunda intensidad, Ik. El fotodetector tambien puede ser invertido, por ejemplo, la senal puede disminuir incluso si la intensidad aumenta. La parte creciente de los datos medidos se refiere a la intensidad creciente.
La Figura 4b muestra la primera intensidad Ik0 del haz de luz atenuado 175 y la segunda intensidad Ik del haz de luz atenuado 175 para la senal 462. La primera intensidad Ik0 se refiere a la intensidad antes de disociar al menos parte de las moleculas de gas 510 en la primera trayectoria optica 160. El valor indicativo de la segunda intensidad Ik del haz de luz atenuado 175 se determina utilizando la funcion 435 (llnea) y el valor para Ik se determina como el valor de la funcion al momento t0 del pulso de luz. La segunda intensidad Ik del haz de luz atenuado 175 podria medirse de un minimo local de la senal inmediatamente o esencialmente inmediatamente despues de disociar las moleculas de gas.
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Se ha notado previamente que los haluros alcalinos pueden medirse con un metodo, en donde las longitudes de onda se seleccionan especificamente para las mediciones de haluros alcalinos. Esto se ha divulgado en una solicitud de patente finlandesa no publica FI20116232 (presentada el 5 de diciembre de 2011) y WO 2013/083871 A1, en donde se divulgo un metodo para medir el contenido de haluro alcalino del gas de combustion. El contenido de haluros alcalinos en gases de combustion esta por lo tanto mas alla del alcance de la presente invention. Con respecto a los haluros alcalinos, por ejemplo para cloruro de potasio, la longitud de onda del pulso puede ser aproximadamente Ap1=266 nm, mientras la longitud de onda del haz puede ser, por ejemplo, Ab=766,515 nm ± 0,01 nm.
El termino haluro alcalino, en esa solicitud y en la presente solicitud, se refiere a una molecula del tipo MHa, en donde M es un atomo alcalino (metal), excluyendo hidrogeno, del grupo IA de la tabla periodica de los elementos y Ha es un atomo de halogeno del grupo VIIA de la tabla periodica de los elementos. Especificamente, para un haluro alcalino, el metal M puede seleccionarse del grupo de Li, Na, K, Ru, Cs y Fr, y el halogeno Ha puede seleccionarse del grupo de F, Cl, Br, I y At. Incluso mas especificamente M puede ser litio, sodio o potasio, mientras Ha puede ser cloro o bromo.
En algunas realizaciones, la longitud de onda del pulso Ap1 puede ser a lo sumo 430 nm. Es decir el conjunto de longitudes de onda para la longitud de onda de pulso Ap1 comprende la longitud de onda 430 nm y todas las longitudes de onda mas cortas. Para excluir los haluros alcalinos de estas mediciones, en algunas realizaciones las longitudes de onda 420 nm, 370 nm y 270 nm pueden excluirse del conjunto de longitudes de onda para la longitud de onda de pulso Ap1. En algunas realizaciones, ademas o alternativamente, la longitud de onda 266 nm puede excluirse del conjunto de longitudes de onda para la longitud de onda de pulso Ap1. En algunas realizaciones, ademas o alternativamente, la longitud de onda 270 nm puede excluirse del conjunto de longitudes de onda para la longitud de onda del pulso Ap1. En algunas realizaciones, ademas o alternativamente, las longitudes de onda de 230 nm a 290 nm pueden excluirse del conjunto de longitudes de onda para la longitud de onda de pulso Ap1.
En algunas realizaciones la longitud de onda del haz Ab puede ser a lo sumo 1800 nm y la longitud de onda de pulso Ap1 puede ser a lo sumo 430 nm. Es decir el conjunto de longitudes de onda para la longitud de onda del haz Ab y la longitud de onda de pulso Ap1 comprende todos los pares (Abs; Ap1s), en donde Abs < 1800 nm y Ap1s < 430 nm. En algunas realizaciones, el par de longitudes de onda (766,515 nm; 266 nm) se excluye del conjunto de longitudes de onda para la longitud de onda de haz y la longitud de onda de pulso. En algunas realizaciones, todos los pares de longitudes de onda (Abs; 266 nm), en donde Abs se selecciona del grupo de {766,515 nm, 770 nm y 404 nm}, se excluye del conjunto de longitudes de onda para la longitud de onda de haz y la longitud de onda de pulso. En algunas realizaciones, todos los pares de longitudes de onda (Abs; Ap1s), en donde Abs se selecciona del grupo de {766,515 nm, 770 nm y 404 nm}, y Ap1s se selecciona del grupo de 230 nm a 290 nm, se excluye del conjunto de longitudes de onda para la longitud de onda de haz y la longitud de onda de pulso. En algunas realizaciones, todos los pares de longitudes de onda (Abs; 420 nm), en donde Abs se selecciona del grupo de {766,515 nm, 770 nm, 404 nm, 589 nm, 330 nm y 285 nm}, se excluye del conjunto de longitudes de onda para la longitud de onda de haz y la longitud de onda de pulso. En algunas realizaciones, todos los pares de longitudes de onda (Abs; 420 nm), en donde Abs < 1800 nm, se excluye del conjunto de longitudes de onda para la longitud de onda de haz y la longitud de onda de pulso.
La mezcla gaseosa, de la cual se medira el contenido del compuesto gaseoso, puede comprender muchos gases diferentes. Por ejemplo, la mezcla gaseosa puede comprender hidroxidos alcalinos y haluros alcalinos en forma gaseosa. Las moleculas de haluro alcalino pueden interrumpir la medicion de hidroxidos alcalinos. Por ejemplo, si la mezcla gaseosa comprende tanto hidroxido de sodio como cloruro de sodio, la disociacion del hidroxido de sodio y el cloruro de sodio a sodio atomico (e hidroxido o cloro) aumenta el contenido de sodio atomico de la mezcla gaseosa. Mientras se detecta el contenido de sodio atomico por el haz de luz, no es necesariamente claro, si los atomos de sodio son el resultado de la disociacion de NaOH o NaCl. De este modo, el contenido del hidroxido de sodio o cloruro de sodio gaseoso permanecen desconocidos. Por lo tanto, para medir especificamente el contenido del hidroxido, el metodo puede comprender:
- seleccionar la longitud de onda del pulso Ap1 de modo que al menos parte de las moleculas del compuesto gaseoso (o al menos parte de las moleculas de compuesto gaseoso excitadas; o al menos parte de una parte disociada 530, 534; o al menos parte de la parte disociada excitada) se disocien con el pulso de luz y ninguna molecula de haluro alcalino se disocie con el pulso de luz O
- seleccionar la longitud de onda del pulso Ap1 y espectro de longitudes de onda de modo que al menos parte de las moleculas del compuesto gaseoso (o al menos parte de las moleculas de compuesto gaseoso excitadas; o al menos parte de una parte disociada 530, 534; o al menos parte de la parte disociada excitada) se disocien con el pulso de luz y esencialmente ninguna molecula de haluro alcalino se disocie con el pulso de luz O
- (i) seleccionar la longitud de onda del pulso Ap1 de modo que al menos parte de las moleculas del compuesto gaseoso (o al menos parte de las moleculas del compuesto gaseoso excitado; o al menos parte de una parte disociada 530, 534; o al menos parte de la parte disociada excitada) se disocien y al menos algunas moleculas de haluro alcalino (MHa) se disocien con el pulso de luz y (ii) seleccionar la longitud de onda del
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haz Ab del haz de luz de modo que no corresponda a un pico de absorcion del atomo de metal alcalino (M) disociado por el pulso de luz. En este caso la longitud de onda del haz de luz puede seleccionarse de modo que corresponde a un pico de absorcion de algun otro atomo que no sea atomo de metal alcalino (M). Por ejemplo en el caso que una molecula de haluro de potasio y una molecula de hidroxido de sodio puedan disociarse con el mismo pulso, la longitud de onda del haz puede seleccionarse para corresponder al pico de absorcion de sodio. De este modo, la longitud de onda del haz puede seleccionarse para que no corresponda al pico de absorcion de potasio.
La longitud de onda para el pulso de luz puede seleccionarse utilizando el espectro de absorcion de moleculas de haluro alcalino y/o utilizando el espectro de absorcion de una molecula de gas, en donde la molecula de gas no es una molecula de haluro alcalino y/o utilizando la informacion de precio (u otra) sobre fuentes de luz disponibles. El pulso de luz puede ser esencialmente coherente.
La expresion "esencialmente ninguna molecula de haluro alcalino se disocia" anterior significa el caso, donde el pulso de luz disocia los haluros alcalinos y otros compuestos y la relacion entre el numero de moleculas de haluro alcalino disociadas y el numero total de moleculas disociadas es pequeno, preferiblemente menor que 10%. La longitud de onda y el espectro de longitudes de onda pueden seleccionarse de acuerdo con las secciones transversales de absorcion de las moleculas de gas. Por ejemplo, cuando se mide el hidroxido de sodio (NaOH) en presencia de cloruro de sodio (NaCl), la longitud de onda del pulso puede seleccionarse utilizando la informacion que se muestra en la Figura 3a. La Figura 3a muestra la seccion transversal de absorcion normalizada en funcion de la longitud de onda para NaOH y NaCl. Como se observa de la Figura 3a, cuando la longitud de onda de pulso es aproximadamente 310 nm o el pulso comprende fotones que tienen la longitud de onda de 300 nm a 350 nm, el pulso de luz no disocia esencialmente ninguna molecula de haluro alcalino, pero disocia las moleculas de gas. El pulso no necesita generarse por un laser, con lo cual el espectro de longitud de onda para el pulso puede ser amplio.
En este caso, la relacion seleccionada, 10%, representa un maximo para un error sistematico en las mediciones. Sin embargo, tambien se ha notado que en procesos termicos tlpicos, el contenido de compuesto gaseoso puede variar por ejemplo aproximadamente 20% debido a fluctuaciones en la materia prima, temperatura del proceso, presion del proceso y/u otros parametros. A este respecto, 10% deberla ser un maximo aceptable para un error sistematico. Sin embargo, con referencia a la Figura 3a, la longitud de onda de pulso puede seleccionarse a menudo tambien de modo que la relacion entre el numero de moleculas de haluro alcalino disociadas y el numero total de moleculas disociadas es incluso menor, por ejemplo, menor que 5% o menor que 1%.
El ultimo caso se refiere a la situacion en la que, por ejemplo, las moleculas de cloruro de potasio y las moleculas de hidroxido de sodio se disocian con el mismo pulso de luz. En ese caso, la longitud de onda del haz puede seleccionarse para corresponder al atomo de sodio, por lo cual las moleculas de cloruro de potasio no se miden.
Haciendo referencia adicional a la Figura 3a se nota que si solo las moleculas de cloruro de sodio tuviesen que ser disociadas sin disociar moleculas de hidroxido de sodio, podrla utilizarse una longitud de onda de pulso de 277 nm. Sin embargo, disociar un haluro alcalino y tambien medir el contenido del atomo alcalino correspondiente se encuentra mas alla del alcance de la proteccion aplicado de la presente solicitud por las razones descritas anteriormente.
Tambien es posible detectar el contenido de dos compuestos gaseosos diferentes utilizando un pulso de luz que disocia moleculas de un primer compuesto gaseoso y moleculas de un segundo compuesto gaseoso. De este modo, el pulso de luz disocia las moleculas del primer compuesto gaseoso en primeras primeras partes y en primeras segundas partes. Mas aun, el pulso de luz disocia las moleculas del segundo compuesto gaseoso en primera parte de la segunda y en segunda parte de la segunda. Como un ejemplo, un pulso de luz puede disociar moleculas de hidroxido de sodio e hidroxido de potasio. La primera primera parte resultante puede referirse a un atomo de sodio y la segunda primera parte puede referirse a un atomo de potasio. La primera segunda parte y la segunda segunda parte se refieren en este caso a la molecula de hidroxido.
Las longitudes de onda del haz de luz 170 pueden seleccionarse de modo que el haz de luz comprende fotones que corresponden a un primer pico de absorcion de la primera primera parte y ademas comprende fotones que corresponden a un segundo pico de absorcion de la segunda primera parte. Por ejemplo, el haz de luz puede comprender fotones que corresponden a un pico de absorcion de sodio y comprende ademas fotones que corresponden a un pico de absorcion de potasio.
De este modo, el contenido de dos compuestos gaseosos diferentes puede medirse con el metodo. Esta realizacion comprende
- generar un haz de luz 170, en donde el haz de luz 170 comprende fotones que tienen una primera longitud de onda de haz Ab1 y fotones que tienen una segunda longitud de onda de haz Ab2,
- guiar el haz de luz 170 a una primera trayectoria optica 160, en donde
- la primera trayectoria optica 160 corre a traves de un espacio 110 que contiene la mezcla gaseosa que comprende los compuestos gaseosos, por lo cual el haz de luz 170 se atenua a un haz de luz atenuado 175 y
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- detectar un primer valor indicativo de una primera intensidad Iko del haz de luz atenuado 175 a la primera longitud de onda de haz Ab1,
- detectar un tercer valor indicativo de una primera intensidad Ik0 del haz de luz atenuado 175 a la segunda longitud de onda de haz Ab2,
- generar un pulso de luz 710, en donde el pulso de luz 710 comprende fotones 515 que tienen una primera longitud de onda de pulso Ap1,
- disociar al menos parte de las (i) moleculas de compuesto gaseoso o (ii) moleculas de compuesto gaseoso excitadas en la primera trayectoria optica 160 en atomos, moleculas, iones o radicales de la primera parte y en otra parte utilizando el pulso de luz 710, por lo cual el haz de luz 170 se atenua adicionalmente a un haz de luz atenuado 175 por absorcion a los atomos, moleculas, iones o radicales de la primera parte en la primera trayectoria optica 160,
- detectar un segundo valor indicativo de una segunda intensidad Ik del haz de luz atenuado 175 a la primera longitud de onda de haz Ab1,
- detectar un cuarto valor indicativo de una segunda intensidad Ik del haz de luz atenuado 175 a la segunda longitud de onda de haz Ab2,
- determinar, utilizando el primer valor y el segundo valor, el contenido de un primer contenido de compuesto gaseoso de la mezcla gaseosa y
- determinar, utilizando el tercer valor y el cuarto valor, el contenido de un segundo contenido de compuesto gaseoso de la mezcla gaseosa.
Alternativamente a un haz de luz, pueden utilizarse dos haces de luz: Un primer haz de luz que comprende fotones que corresponde a un primer pico de absorcion de la primera primera parte; y un segundo haz de luz que comprende fotones que corresponden a un segundo pico de absorcion de la segunda primera parte.
De este modo, el contenido de dos compuestos gaseosos diferentes puede medirse con el metodo. Esta realization comprende
- generar un primer haz de luz 170, en donde el primer haz de luz 170 comprende fotones que tienen una primera longitud de onda de haz Ab1,
- generar un segundo haz de luz, en donde el segundo haz de luz comprende fotones que tienen una segunda longitud de onda de haz Ab2,
- guiar los haces de luz a una primera trayectoria optica 160, en donde
- la primera trayectoria optica 160 corre a traves de un espacio 110 que contiene la mezcla gaseosa que comprende los compuestos gaseosos, por los cuales los haces de luz se atenuan a haces de luz atenuados y
- detectar un primer valor indicativo de una primera intensidad Ik0 del haz de luz atenuado 175,
- detectar un tercer valor indicativo de una primera intensidad Ik0 del segundo haz de luz atenuado,
- generar un pulso de luz 710, en donde el pulso de luz 710 comprende fotones 515 que tienen una primera longitud de onda de pulso Ap1,
- disociar al menos parte de (i) moleculas de compuesto gaseoso o (ii) moleculas de compuesto gaseoso excitadas en la primera trayectoria optica 160 en atomos, moleculas, iones o radicales de la primera parte y en otra parte utilizando el pulso de luz 710, por lo cual los haces de luz se atenuan adicionalmente a haces de luz atenuados por absorcion a los atomos, moleculas, iones o radicales de la primera parte en la primera trayectoria optica 160,
- detectar un segundo valor indicativo de una segunda intensidad Ik, del primer haz de luz atenuado 175,
- detectar un cuarto valor indicativo de una segunda intensidad Ik, del segundo haz de luz atenuado,
- determinar, utilizando el primer valor y el segundo valor, el contenido de un primer contenido de compuesto gaseoso de la mezcla gaseosa y
- determinar, utilizando el tercer valor y el cuarto valor, el contenido de un segundo contenido de compuesto gaseoso de la mezcla gaseosa.
Mas aun, es posible detectar el contenido de dos compuestos gaseosos diferentes utilizando dos pulsos de luz de modo que el primer pulso de luz disocie moleculas de un primer compuesto gaseoso y el segundo pulso de luz disocie moleculas de un segundo compuesto gaseoso. De este modo, el primer pulso de luz disocia las moleculas del primer compuesto gaseoso en primeras primeras partes y en primeras segundas partes. Mas aun, el segundo pulso de luz disocia las moleculas del segundo compuesto gaseoso en segundas primera partes y en segundas segundas partes. Como ejemplo, un primer pulso de luz puede disociar moleculas de oxido de magnesio MgO y un segundo pulso de luz puede disociar moleculas de sulfato de magnesio MgSO4. La primera primera parte resultante puede referirse a un atomo de magnesio y la segunda primera parte puede referirse tambien a un atomo de magnesio. La primera segunda parte puede referirse a un atomo de oxlgeno y la segunda segunda parte puede referirse a una molecula de sulfato.
En este caso, el haz de luz puede comprender fotones que corresponden al pico de absorcion de magnesio. Sin embargo, al sincronizar los dos pulsos de luz de manera levemente diferente, el oxido de magnesio y sulfato de magnesio pueden medirse con el metodo. Esta realizacion comprende
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- generar un haz de luz 170, en donde el haz de luz 170 comprende fotones que tienen una longitud de onda de haz Ab
- guiar el haz de luz 170 a una primera trayectoria optica 160, en donde
- la primera trayectoria optica 160 corre a traves de un espacio 110 que contiene la mezcla gaseosa que comprende los compuestos gaseosos, por los cuales el haz de luz 170 se atenua a un haz de luz atenuado 175 y
- detectar un primer valor indicativo de una primera intensidad Ik0 del haz de luz atenuado 175,
- generar un pulso de luz 710, en donde el pulso de luz 710 comprende fotones 515 que tienen una primera longitud de onda de pulso Ap1,
- disociar al menos parte de las (i) moleculas de compuesto gaseoso o (ii) moleculas de compuesto gaseoso excitadas en la primera trayectoria optica 160 en atomos, moleculas, iones o radicales de la primera parte y en otra parte utilizando el pulso de luz 710, por lo cual el haz de luz 170 se atenua adicionalmente a un haz de luz atenuado 175 por absorcion a los atomos, moleculas, iones o radicales de la primera parte en la primera trayectoria optica 160,
- detectar un segundo valor indicativo de una segunda intensidad Ik, del haz de luz atenuado 175,
- determinar, utilizando el primer valor y el segundo valor, el contenido de un primer contenido de compuesto gaseoso de la mezcla gaseosa,
- opcionalmente detectar un tercer valor indicativo de una intensidad Ik0 del haz de luz atenuado 175,
- generar otro pulso de luz, en donde el otro pulso de luz comprende fotones 515 que tienen otra longitud de onda de pulso Ap1,1,
- disociar al menos parte de las (i) moleculas del segundo compuesto gaseoso o (ii) moleculas del segundo compuesto gaseoso excitado en la primera trayectoria optica 160 utilizando otro pulso de luz, por lo cual el haz de luz 170 se atenua adicionalmente a un haz de luz atenuado 175 por producto de disociacion de absorcion en la primera trayectoria optica 160,
- detectar un cuarto valor indicativo de una segunda intensidad Ik, del haz de luz atenuado 175,
- determinar, utilizando el cuarto valor y al menos uno del primer valor y el tercer valor, el contenido del segundo contenido de compuesto gaseoso de la mezcla gaseosa.
En algunos casos las condiciones de medicion son estables, por las cuales la intensidad del haz de luz atenuado, Ik0, es esencialmente constante. En dichas condiciones estables solo una medicion de la intensidad es suficiente. Por ende, el contenido del segundo contenido de compuesto gaseoso de la mezcla gaseosa puede determinarse utilizando el cuarto valor y el primer valor. Sin embargo, si las condiciones no son estables, la intensidad Ik0 fluctua. En estas condiciones, el tercer valor necesita medirse. Por ende, el contenido del segundo contenido de compuesto gaseoso de la mezcla gaseosa puede determinarse utilizando el cuarto valor y el tercer valor. Tambien, el primer y el tercer valor pueden utilizarse para describir la intensidad atenuada Ik0. Por ejemplo puede utilizarse su valor promedio.
Las moleculas de gas que pueden medirse utilizando solamente un pulso de luz disociativo incluyen hidroxidos alcalinos de la forma MOH, en donde M es un atomo alcalino (metal), excluyendo hidrogeno, del grupo IA de la tabla periodica de los elementos; monoxidos de metal, tales como PbO, NiO, MnO y CrO; sales de polihaluro de metal disociadas termicamente, tales como PbCl, HgCl; sales de polihaluro de metales, tales PbCh; y oxido de nitrogeno NO2, Mas aun, el metodo puede aplicarse para mediciones de sulfuros de metal, en donde el sulfuro de metal tiene la forma M1S, en donde M1 es un metal y S es un atomo de azufre, por ejemplo PbS, ZnS, SnS y CuS. Mas aun, otros ejemplos incluyen carbonatos, por ejemplo carbonatos de metal tales como carbonato de potasio (K2CO3) y sulfatos, por ejemplo sulfatos de metal tales como sulfato de potasio (K2SO4). Un unico atomo de potasio puede disociarse de estos compuestos con un pulso. Mas aun, algunos polihaluros, por ejemplo SCl2, TeBr2, PbBr2 y PbI2 pueden disociarse a un atomo y a dos atomos de halogeno con un unico pulso.
Se comprende que estos gases son solo ejemplos y el mismo principio puede aplicarse a muchos otros gases.
En cuanto a los polihaluros de metal, especialmente PbCl2, el PbCl radical tiene banda de absorcion en el ultravioleta profundo, que posee algunas limitaciones para la fuente de haz de luz. A continuacion se describira otra posibilidad para la medicion de PbCl2. El oxido de nitrogeno NO2 puede disociarse a monoxido de nitrogeno NO y atomo de oxlgeno O utilizando una longitud de onda de pulso de 250 nm a 410 nm. El monoxido de nitrogeno NO tiene picos de absorcion relativamente fuertes en el rango de longitud de onda de 203 nm a 227 nm.
En una realizacion, el metodo se utiliza para medir el contenido de un compuesto gaseoso de una mezcla gaseosa, en donde el compuesto gaseoso consiste en moleculas de compuesto gaseoso 510 que comprenden al menos tres atomos. En esta realizacion, el metodo comprende disociar una molecula de compuesto gaseoso 510 que comprende al menos tres atomos.
Dispositivo de medicion, disociacion de un unico paso
La Figura 5a muestra una realizacion de un dispositivo 990 para medir el contenido de un compuesto gaseoso en una mezcla gaseosa utilizando un pulso de luz disociativo. El dispositivo comprende una fuente de haz de luz 310. La fuente de haz de luz 310 esta dispuesta para generar luz que comprende fotones que tienen una longitud de onda de haz de Ab. La fuente de haz de luz 310 puede producir un haz de luz monocromatico o esencialmente
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monocromatico 170. La fuente de haz de luz 310 puede producir un haz de luz coherente o esencialmente coherente 170. Cabe destacar que incluso si se utiliza un laser como la fuente de luz 310, con lo cual el haz de luz 170 es esencialmente coherente, la dispersion de las partlculas en el gas de combustion en el espacio 110 amplla el haz de luz en el espacio 110. Como se describio anteriormente, la fuente de haz de luz 310 puede disponerse para generar pulsos de luz.
Como el contenido el compuesto gaseoso se mide del contenido de la primera parte 520 (Figura 2a) de la molecula de gas, en donde la primera parte 520 se genera mediante disociacion, la longitud de onda Ab de haz del haz de luz 170 se selecciona de modo que pueda medirse el contenido de la primera parte. Como el contenido se mide desde la absorcion, el contenido del compuesto gaseoso en la primera trayectoria optica 160 queda medido. La primera trayectoria optica pasa a traves del espacio 110 que contiene la mezcla gaseosa.
El haz de luz 170 tiene una seccion transversal y la seccion transversal tiene una primera dimension I1 y una segunda dimension I2, en donde la segunda dimension es perpendicular a la primera dimension. Las orientaciones para las dimensiones se seleccionan de modo que la primera dimension es la mas pequena de la primera y la segunda dimension, es decir I1=min(I1,I2). Las dimensiones pueden ser iguales, por ejemplo el haz puede ser circular. En teorla no existe un llmite para las dimensiones del haz de luz 170. Sin embargo, un haz de luz angosto se expande mas en el espacio 110 que en un haz de luz amplio. Por ejemplo, la turbulencia en el espacio 110 afecta la distribucion de temperatura en la trayectoria optica, afectando as! el coeficiente de refraccion para la luz y afectando ademas el viaje del haz de luz. Mas aun, un haz de luz muy amplio puede disminuir la sensibilidad del metodo. La primera dimension del haz de luz puede estar por ejemplo en el rango de 1 mm a 100 mm. La primera dimension I1 del haz de luz es preferiblemente de 20 mm a 50 mm. En algunas realizaciones de la invencion el haz de luz 170 tiene una seccion transversal esencialmente circular. En estas realizaciones, el radio del haz de luz 170 esta preferiblemente en el rango de 10 mm a 25 mm.
El dispositivo 990 de la Figura 5a comprende ademas una fuente de pulso de luz 700. La fuente de pulso de luz esta dispuesta para emitir pulsos de luz 710 que comprenden fotones de alta energla 515 (Figura 2a) de modo que al menos algunos de los fotones disocien las moleculas de gas o las moleculas de gas excitadas en la primera trayectoria optica 160. La fuente de pulso de luz 700 puede disponerse para emitir pulsos de luz 710 que comprenden fotones que tienen una longitud de onda Ap1, en donde Ap1 es lo suficientemente corta como para disociar las moleculas de gas 510 (Figura 2a). Los pulsos de luz disocian al menos parte de las moleculas de gas a una primera parte y una segunda parte, como se describio anteriormente. Al menos parte de los pulsos de luz son guiados a la primera trayectoria optica 160. Mientras el pulso de luz 710 o una parte del pulso de luz 710 viaja por la primera trayectoria optica 160, al menos parte de las moleculas de gas 510 (Figura 2a) en la primera trayectoria optica 160 se disocian a la primera parte 520 y la segunda parte 525.
En la realizacion de la Figura 5a, la fuente de pulso de luz 700 puede ser, por ejemplo, una fuente de destellos de xenon. El pulso de luz 710 puede emitirse a basicamente todos los angulos al espacio 110 al mismo tiempo.
El dispositivo 990 comprende ademas un fotodetector 320. El fotodetector esta dispuesto para detectar la intensidad del haz de luz atenuado 175. El haz de luz atenuado comprende fotones que tienen la longitud de onda Ab.
En la realizacion de la Figura 5a, la fuente de haz de luz 310, la fuente de pulso de luz 710 y el fotodetector 320 estan ubicados en el exterior del espacio 110, es decir fuera de las paredes 102. Sin embargo, en otra realizacion, al menos uno de los componentes esta ubicado en el interior del espacio 110, por ejemplo para detectar compuestos gaseosos del ambiente.
La Figura 5b muestra otras realizaciones del dispositivo. En la Figura 5b, el pulso de luz 710 es guiado a una segunda trayectoria optica 800. La segunda trayectoria optica 800 cruza la primera trayectoria optica 160. Mas aun, el angulo del pulso de luz, a, es ajustable. Por lo tanto, el angulo a define la posicion en la cual la segunda trayectoria optica 800 cruza la primera trayectoria optica 160. De este modo, el metodo se vuelve sensible a la posicion. En la realizacion, las moleculas de gas estan disociadas en la segunda trayectoria optica 800. Sin embargo, la disociacion afecta la intensidad del haz de luz atenuado 175 solo en el caso en que las moleculas de gas estan disociadas tambien en la primera trayectoria optica 160. Por lo tanto, el contenido de la primera parte se mide desde el volumen, donde la segunda trayectoria optica 800 cruza la primera trayectoria optica 160. Debido a que el angulo a es ajustable, el contenido de la primera parte en todas las posiciones en la primera trayectoria optica 160 puede medirse. Tambien es posible hacer mediciones sensibles a la posicion utilizando trayectorias opticas esencialmente perpendiculares 160 y 800 y utilizando una fuente de pulso de luz movil.
La Figura 5c muestra una realizacion preferida de la invencion utilizando un pulso de luz para disociar una molecula de gas. El dispositivo 990 de la Figura 5c comprende:
- una fuente de haz de luz 310, dispuesta para emitir un haz de luz monocromatico y coherente 170 que tiene
la longitud de onda de haz Ab,
- una fuente de pulso de luz 700, dispuesta para emitir un pulso de luz monocromatico y coherente 710 que
tiene la longitud de onda de pulso Ap1,
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- un primer elemento optico 740, dispuesto para guiar
o el haz de luz 170 a una primera trayectoria optica 160 y
o el pulso de luz 710 a una segunda trayectoria optica 800 de modo que la segunda trayectoria optica 800 se superpone a la primera trayectoria optica 160,
- un segundo elemento optico 742, dispuesto para pasar el haz de luz atenuado 175, es decir la luz que tiene la longitud de onda Ab y desviar, reflejar o absorber el pulso de luz atenuado 715, es decir luz que tiene la longitud de onda Ap1,
- un tercer elemento optico 744, dispuesto para reflejar una primera parte de luz que tiene la longitud de onda Ap1 y pasar una segunda parte de luz que tiene la longitud de onda Ap1,
- un primer fotodetector 320, dispuesto para detectar la intensidad del haz de luz atenuado 175 que tiene la longitud de onda Ab,
- una lente 746, dispuesta para hacer converger el haz de luz atenuado 175 al primer fotodetector 320,
- un segundo fotodetector 720, dispuesto para detectar la intensidad del pulso de luz atenuado 715, teniendo el pulso de luz atenuado la longitud de onda Ap1,
- un tercer fotodetector 722, dispuesto para detectar la intensidad de luz que tiene la longitud de onda Ap1 y
- una unidad de procesamiento de datos 910, en donde la unidad de procesamiento de datos esta dispuesta para calcular el contenido de compuesto gaseoso en la mezcla gaseosa utilizando un primer valor, siendo el primer valor indicativo de una primera intensidad Ik0 del haz de luz atenuado 175 en el fotodetector 320 y un segundo valor, siendo el segundo valor indicativo de una segunda intensidad Ik del haz de luz atenuado 175 en el fotodetector 320.
La Figura 5c tambien muestra, aunque no son componentes del dispositivo 990,
- paredes 102 que definen un espacio 110 en el interior, el espacio 110 dispuesto para contener la mezcla gaseosa,
- una primera ventana 140d1, dispuesta para pasar el pulso de luz 710 y el haz de luz 170 al espacio 110 y retener la mezcla gaseosa dentro del espacio 110, y
- una segunda ventana 140d2, dispuesta para pasar el pulso de luz 710 y el haz de luz 170 desde el espacio 110 y retener la mezcla gaseosa dentro del espacio 110.
Cabe destacar que la intensidad o la energla del pulso de luz atenuado 715 no se mide necesariamente y, por lo tanto, el segundo fotodetector 720 puede omitirse. El tercer elemento optico 744 y el tercer fotodetector 722 estan dispuestos para medir la intensidad o energla del pulso de luz 710. La intensidad o la energla del pulso de luz 710 no se mide necesariamente y, por lo tanto, el tercer fotodetector 722 y el tercer elemento optico 744 pueden omitirse. Ademas, el dispositivo puede comprender otros elementos opticos tales como lentes para hacer converger la primera parte del pulso de luz 710 con el tercer fotodetector o el pulso de luz atenuado 715 con el segundo fotodetector. Otros ejemplos de dichos elementos opticos de gulas de onda opticas, por ejemplo, fibras opticas, dispuestas para guiar la luz y/o afectar un angulo o una posicion de un haz de luz o pulso de luz.
Como se describio anteriormente, la segunda trayectoria optica 800 se superpone a la primera trayectoria optica 160. Con referencia a la Figura 5c, la segunda trayectoria optica 800 se superpone a la primera trayectoria optica 160 por ejemplo cuando las trayectorias opticas son esencialmente paralelas y concentricas. Las trayectorias opticas tambien pueden ser esencialmente paralelas, pero los ejes centrales pueden cambiarse con respecto uno con el otro. El termino esencialmente paralelo puede interpretarse de modo que la primera trayectoria optica 160 es esencialmente paralela a la segunda trayectoria optica 800 si
- las trayectorias opticas son paralelas o
- las trayectorias opticas estan alineadas de modo tal que el haz de luz 170 y el pulso de luz 710 se superponen al menos parcialmente en todos los puntos entre
o un punto de partida, en donde el punto de partida es uno del primer elemento optico 740 y la fuente de haz de luz 310, cualquiera que este comprendido por el dispositivo y
o un punto final, en donde el punto final es uno de la segunda salida optica 140d2, el elemento optico 742, los lentes 746 y el primer fotodetector 320, cualquiera que este comprendido por el dispositivo, en donde
o los componentes que definen los puntos de partida y final se seleccionan de modo que la longitud entre el punto de partida y el punto final sea la mas corta de las diferentes posibilidades o
- el angulo entre el eje central de la primera trayectoria optica 160 y el eje central de la segunda trayectoria optica sea menor que 5 grados.
La expresion "se superpone al menos parcialmente en todos los puntos" debe comprenderse de la siguiente manera: el punto (al que se hace referencia) es un punto del eje central de la primera trayectoria optica. Por el contrario, el
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eje central de la primera trayectoria optica define un conjunto de puntos. Mientras la luz viaja de manera recta, el eje central define un plano que es perpendicular al eje central. En este plano, la primera trayectoria optica 160 define una primera area de seccion transversal, es decir un primer conjunto de puntos. En este plano, la segunda trayectoria optica 180 define una segunda area de seccion transversal, es decir un segundo conjunto de puntos. Las trayectorias opticas se superponen parcialmente, con respecto a este punto y plano, cuando el primer conjunto de puntos comprende al menos parte de los puntos del segundo conjunto de puntos. La mas corta de las trayectorias posibles se selecciona como se describio anteriormente, ya que (haciendo referencia a la Figura 5c) evidentemente el haz y el pulso no se superponen antes, por ejemplo, del elemento optico 740.
La seccion transversal del haz de luz y el pulso de luz se comprende de la siguiente manera. La intensidad del haz de luz tlpicamente tiene un maximo en el eje central del haz de luz y la intensidad disminuye a medida que la distancia desde el eje central aumenta. Tlpicamente la disminucion es exponencial. Se asume que el haz de luz esta ubicado en los puntos, en donde la intensidad es al menos 1/e de la intensidad maxima. 1/e es aproximadamente 37 %. A partir de esto, se determina la seccion transversal del haz de luz. La intensidad del pulso de luz tlpicamente tiene un maximo en el eje central del pulso de luz y la intensidad disminuye a medida que la distancia desde el eje central aumenta. Tlpicamente la disminucion es exponencial. A partir de esto, se determina la seccion transversal del pulso de luz. El perfil de intensidad tambien puede tener una forma diferente, por ejemplo el perfil de intensidad puede comprender multiples picos. Mas aun, un pico de intensidad no esta ubicado necesariamente en el eje central.
El haz de luz 170 puede tener un primer radio r1 de 0,5 mm a 50 mm. El pulso de luz 710 tambien puede ser coherente y tener una seccion transversal. La seccion transversal del pulso de luz tiene una primera dimension d1 y una segunda dimension d2, en donde la segunda dimension es perpendicular a la primera dimension. Las orientaciones para las dimensiones se seleccionan de modo que la primera dimension es la mas pequena de la primera y la segunda dimension, es decir d1=min(d1,d2). La primera dimension puede ser igual a la segunda. En teorla no existe un llmite para las dimensiones del pulso de luz 710. Sin embargo, como se vera, las dimensiones del pulso de luz afectan la sensibilidad del metodo. El metodo es mas sensible si se utiliza un pulso de luz angosto 710. Mas aun, un pulso de luz muy amplio puede ser diflcil de generar. La primera dimension del pulso de luz puede estar por ejemplo en el rango de 1 mm a 100 mm. La primera dimension del pulso de luz es preferiblemente de 20 mm a 50 mm. Mas preferiblemente, la seccion transversal del pulso de luz 710 es mayor que la seccion transversal del haz de luz 170, de modo que el pulso de luz 710, cuando esta presente, rodea el haz de luz 170. El pulso de luz 710 puede tener una seccion transversal circular, por lo cual el pulso de luz puede tener un segundo radio r2 de 0,5 mm a 50 mm. El primer y segundo radio tambien pueden ser iguales o aproximadamente iguales. Preferiblemente el radio del pulso de luz, r2, es 1 mm - 2 mm mayor que el radio del haz de luz, r1. Preferiblemente el perfil de intensidad del pulso de luz 710 es espacialmente uniforme. La expresion espacialmente uniforme se refiere a un perfil de intensidad que es uniforme en el area de seccion transversal del pulso. El area de seccion transversal se refiere al area de la seccion transversal del pulso, como se definio anteriormente en el contexto de la expresion al menos parcialmente superpuesto. El termino uniforme como tal se refiere a una distribucion que tiene esencialmente solo un unico valor. (Naturalmente, la intensidad fuera del haz es cero). La intensidad espacialmente uniforme simplifica los calculos del contenido de compuesto gaseoso. Tlpicamente el perfil de intensidad del pulso de luz 710 espacialmente disminuye exponencialmente con la distancia desde el eje central del pulso de luz 710. En estos casos el area de seccion transversal se refiere al area de la seccion transversal del pulso, en donde el pulso se considera que esta ubicado en los puntos, en donde la intensidad del pulso es al menos 1/e de la intensidad maxima. Aqul 1/e es aproximadamente 37%. Para los calculos del contenido de compuesto gaseoso, la intensidad exponencialmente decreciente es razonablemente uniforme. El perfil de intensidad tambien puede tener una forma diferente, por ejemplo el perfil de intensidad puede comprender multiples picos. Mas aun, un pico de intensidad no esta ubicado necesariamente en el eje central. En caso de que el perfil de intensidad difiera significativamente de uniforme, puede utilizarse un area efectiva por ejemplo en la ecuacion 4 (a ser presentada mas adelante). De este modo, en lugar de Ap en el radio Ap/Eop1, el area efectiva puede utilizarse para tomar en cuenta las variaciones en intensidad.
El eje central de la primera trayectoria optica 160 puede cambiarse con respecto al eje central de la segunda trayectoria optica 800 por una distancia d. La distancia debe ser menor que la suma de los radios, es decir d<n+r2. Preferiblemente la distancia debe ser menor que el menor de los radios, es decir d<min(r1,r2). Las trayectorias opticas 160, 800 son consideradas esencialmente concentricas, si la distancia entre los ejes centrales de las trayectorias opticas 160, 800 es menos de 25% de la mas pequena de las siguientes: dimension mas pequena del haz de luz 170 y dimension mas pequena del pulso de luz 710. Por ejemplo, las trayectorias opticas 160, 800 son consideradas esencialmente concentricas, si la distancia entre los ejes centrales de las trayectorias opticas 160, 800 es menor que 0,25*min(2ri,2r2). La distancia entre las trayectorias opticas 160, 800 puede considerarse la distancia minima entre los ejes centrales de las trayectorias opticas 160, 800. Las trayectorias opticas concentricas son esencialmente concentricas. Las trayectorias opticas 160, 800 pueden ser esencialmente concentricas, si son esencialmente paralelas.
En caso de que uno de los ejes centrales de las trayectorias opticas se encuentre elevado con respecto al otro o en el caso donde exista un angulo entre los ejes centrales de las trayectorias opticas, puede ser posible omitir el segundo elemento optico 742 del dispositivo. En este caso, puede ser posible ubicar el primer fotodetector 320 de
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modo que el pulso de luz atenuado 715 evite el primer fotodetector 320 y el haz de luz atenuado 175 golpee el primer fotodetector 320. La fuente de pulso de luz 700 puede ser, por ejemplo, uno de los siguientes
- un laser de pulso,
- una fuente de destellos de xenon,
- un laser continuo con un interruptor,
- un laser continuo operado en modo de pulsos,
- un diodo emisor de luz (LED) operado en modo de pulsos,
- un LED continuo con un interruptor,
- una fuente de luz continua operada en modo de pulsos, y
- una fuente de luz continua con un interruptor.
Algunas de las fuentes de luz pueden operarse en un modo de pulsos utilizando una corriente de excitacion en modo de pulsos. Un interruptor puede comprender por ejemplo un disco opaco de rotacion, comprendiendo el disco una ranura dispuesta para pasar luz a traves de la ranura. Cuando la luz se dirige hacia el disco, se genera un pulso de luz cuando la luz pasa la ranura del disco opaco de otra manera.
La duracion del pulso de luz es preferiblemente menor que el tiempo de recuperacion de los atomos alcalinos, que puede ser del orden de 2 ps o mas largo. Preferiblemente la duracion del pulso de luz es corta, por ejemplo, a lo sumo 100 ns; mas preferiblemente a lo sumo 10 ns e inclusive mas preferiblemente a lo sumo 1 ns. La duracion del pulso de luz puede seleccionarse de acuerdo con la fuente de luz. Por ejemplo, un laser de pulso tiene tlpicamente una duracion de pulso de 1 fs (10-15 s) a 100 ns (100*10‘9 s): Los laseres que emiten pulsos muy cortos estan tlpicamente en modo bloqueado y pueden emitir series de pulsos en lugar de unicos pulsos de luz. Un destello de xenon puede tener una duracion de pulso del orden de 1 ps. El tiempo entre los pulsos posteriores, es decir el tiempo entre el final de un pulso y el comienzo de un pulso posterior, es preferiblemente significativamente mayor que el tiempo de recuperacion de las partes del gas, que puede ser del orden de 2 ps. Sin embargo, el tiempo de recuperacion depende del compuesto gaseoso a medir y del ambiente. Por ejemplo, la vida util del plomo (se presentara mas adelante) es muy corta, con lo cual el tiempo de recuperacion puede ser de solo unos pocos ns. El tiempo entre los pulsos posteriores no es necesariamente mayor que el tiempo de recuperacion de las partes de las moleculas de gas. En una realization, el tiempo entre los pulsos posteriores fue 1 s. El tiempo entre los pulsos posteriores no necesita ser mayor que el tiempo de recuperacion. En caso de que un pulso sea emitido durante el periodo de recuperacion, esto afecta la intensidad atenuada Ik0, que en ese caso es levemente atenuada tambien debido a los atomos, moleculas, iones o radicales de la primera parte en la trayectoria optica debido al pulso de luz disociativo previo.
El primer elemento optico 740 se dispone para guiar el haz de luz 170 a una primera trayectoria optica 160 y el pulso de luz 710 a una segunda trayectoria optica 800 de modo que la segunda trayectoria optica 800 se superponga a la primera trayectoria optica 160. El primer elemento optico 740 puede ser, por ejemplo, un reflector selectivo de longitud de onda que opera como un espejo para la longitud de onda Ap1 y como un objeto transparente para la longitud de onda Ab, como se muestra en la Figura 5c. En una configuration diferente, el primer elemento optico 740 podrla reflejar la luz que tiene una longitud de onda larga y pasar luz que tiene una longitud de onda corta. El primer elemento optico puede seleccionarse de una variedad de elementos opticos conocidos. Por ejemplo, un prisma o una red tambien pueden operar como un reflector selectivo de longitud de onda. Un acoplador de fibra tambien puede operar como el primer elemento optico.
El segundo elemento optico 742 esta dispuesto para pasar el haz de luz atenuado 175 y desviar, reflejar o absorber el pulso de luz atenuado 715. El segundo elemento optico 742 esta dispuesto para pasar luz que tiene la longitud de onda Ab al fotodetector 320. El segundo elemento optico 742 tambien esta dispuesto para evitar que el pulso de luz atenuado 715 ingrese al fotodetector 320. El segundo elemento optico 742 puede ser cualquiera de aquellos que pueden utilizarse como el primer elemento optico 740. El segundo elemento optico tambien puede ser un filtro dispuesto para absorber luz que tiene la longitud de onda Ap1. En este caso, el dispositivo no comprende el segundo fotodetector 720.
El tercer elemento optico 744 esta dispuesto para reflejar una primera parte conocida (pequena) de luz que golpea la superficie del tercer elemento optico 744 y para pasar una segunda parte de la luz. De este modo, al medir la intensidad (o energla) de la primera parte reflejada del pulso de luz 710 utilizando el tercer fotodetector 722, puede calcularse la intensidad (o energla) de la segunda parte del pulso de luz 710.
Haciendo referencia a las Figuras 2a, 4c y 5c, una primera intensidad Iko del haz de luz atenuado 175 se mide con el fotodetector 320 antes de emitir un pulso de luz 710. Ademas, despues de disociar al menos parte de las moleculas de gas 525 en la primera trayectoria optica 160 con el pulso de luz 710, se detecta una segunda intensidad Ik del haz de luz atenuado 175. El haz de luz 170 se atenua, entre otras cosas, al haz de luz atenuado 175 mediante absorcion de los atomos, moleculas, iones o radicales de la primera parte 520.
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Ya que el pulso de luz 710 o haz de luz 170 no son necesariamente monocromaticos y todos los componentes que se muestran en la Figura 5c no son necesarios para llevar a cabo el metodo, un dispositivo 990 para medir el contenido de un compuesto gaseoso en una mezcla gaseosa comprende:
- una fuente de haz de luz 310, dispuesta para emitir un haz de luz 170 que comprende fotones con una longitud de onda de haz Ab,
- un fotodetector 320, dispuesto para detectar la intensidad de un haz de luz atenuado 175, en donde
o una primera trayectoria optica 160 esta ubicada entre el fotodetector 320 y la fuente de haz de luz 310,
o la primera trayectoria optica 160 pasa a traves de un espacio 110 dispuesto para contener la mezcla gaseosa, y
o el haz de luz 170 esta dispuesto para atenuarse al haz de luz atenuado 175 en el espacio 110, y el dispositivo comprende ademas
- una fuente de pulso de luz 700, en donde
o la fuente de pulso de luz 700 esta dispuesta para generar un pulso de luz 710 que comprende fotones que tienen una segunda longitud de onda Ap1, al menos parte de los fotones disocian al menos parte de (i) las moleculas de gas 510 o (ii) las moleculas de gas excitadas 510b en la primera trayectoria optica 160 a una primera parte 520 y una segunda parte 525, y
- el fotodetector 320 esta dispuesto para detectar, durante un periodo de recuperacion, un segundo valor indicativo de una segunda intensidad Ik del haz de luz atenuado 175, en donde el haz de luz 170 se atenua adicionalmente al haz de luz atenuado 175 mediante la absorcion a los atomos o moleculas de la primera parte en la primera trayectoria optica 160.
El contenido gaseoso puede calcularse en una unidad de procesamiento de datos 910 que recibe un primer valor, siendo el primer valor indicativo de una primera intensidad Ik0 del haz de luz atenuado 175 en el fotodetector 320 y un segundo valor, siendo el segundo valor indicativo de una segunda intensidad Ik del haz de luz atenuado 175 en el fotodetector 320. La unidad de procesamiento de datos 910 puede comprenderse en el dispositivo 990 para medir el contenido gaseoso. En caso de que la unidad de procesamiento de datos este ubicada lejos del fotodetector 320, el dispositivo 990 puede ser relativamente grande en tamano. De este modo, el dispositivo 990 puede comprender ademas
- una unidad de procesamiento de datos 910, en donde la unidad de procesamiento de datos esta dispuesta para calcular el contenido gaseoso utilizando un primer valor, siendo el primer valor indicativo de una primera intensidad (L0) del haz de luz atenuado (175) en el fotodetector (320) y un segundo valor, siendo el segundo valor indicativo de una segunda intensidad (Ik) del haz de luz atenuado (175) en el fotodetector (320).
El dispositivo 990 puede estar dispuesto para medir el contenido de un compuesto gaseoso en la mezcla gaseosa, en donde el compuesto gaseoso no es un haluro alcalino. Por lo tanto, el dispositivo puede estar dispuesto para medir el contenido de un compuesto gaseoso de una mezcla gaseosa, en donde el compuesto gaseoso consiste en moleculas de compuesto gaseoso 510 y la molecula de compuesto gaseoso no es una molecula de haluro alcalino, en donde la molecula de haluro alcalino tiene forma MHa, en donde M es un atomo de metal alcalino del grupo de Li, Na, K, Ru, Cs y Fr, y Ha es un atomo de halogeno del grupo de F, Cl, Br, I y At. El dispositivo puede estar dispuesto de tal manera mediante una seleccion apropiada de las longitudes de onda, como se describio anteriormente. De este modo, la fuente de haz de luz 310 o la fuente de haz de luz 310 y la fuente de pulso de luz 700 en combinacion estan dispuestas para emitir luz un pulso de luz o un pulso de luz y haz de luz, en donde la longitud de onda del pulso o el pulso y el haz se seleccionan de tal modo que
- al menos parte de las moleculas de compuesto gaseoso estan disociadas con el pulso de luz 710 y ninguna molecula de haluro alcalino esta disociada con el pulso de luz 710 o
- al menos parte de las moleculas de compuesto gaseoso estan disociadas con el pulso de luz 710 y esencialmente ninguna molecula de haluro alcalino esta disociada con el pulso de luz o
- (a) al menos parte de las moleculas de compuesto gaseoso estan disociadas con el pulso de luz 710 y al menos algunas moleculas de haluro alcalino estan disociadas con el pulso de luz y
(b) la longitud de onda del haz de luz se selecciona de modo que no corresponda a un pico de absorcion del atomo de metal alcalino (M) que resulta de la disociacion de una molecula de haluro alcalino.
Mas aun, las longitudes de onda del dispositivo pueden seleccionarse de modo que no entren en conflicto con la tecnica anterior. Estas longitudes de onda se describieron en detalle anteriormente en el contexto con el metodo.
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Mas aun, el pulso de luz puede disponerse para disociar una molecula de compuesto gaseoso, en donde la molecula de compuesto gaseoso no es un haluro alcalino. Mas aun, el pulso de luz puede disponerse para disociar una molecula de compuesto gaseoso, en donde la molecula de compuesto gaseoso comprende al menos tres atomos.
Incluso si no se muestra en las figuras 5a-5c, el dispositivo puede comprender una fuente de haz de luz dispuesta para emitir luz que comprende fotones que tienen una primera longitud de onda de haz Am y fotones que tienen una segunda longitud de onda de haz Ab2. La primera longitud de onda de haz puede corresponder a un pico de absorcion de un primer compuesto gaseoso. La segunda longitud de onda de haz puede corresponder a un pico de absorcion de un segundo compuesto gaseoso.
El dispositivo 990 puede comprender un fotodetector 320 que esta dispuesto para medir la intensidad del haz de luz atenuado o atenuado adicionalmente, en dos longitudes de onda diferentes. Estas longitudes de onda pueden corresponder a la primera longitud de onda de haz Abi y a la segunda longitud de onda de haz Ab2. Los valores indicativos de la intensidad en la primera longitud de onda de haz Abi pueden ser el valor primero y segundo, como se describio en el contexto del metodo. Los valores indicativos de la intensidad en la segunda longitud de onda de haz Ab2 pueden ser el valor tercero y cuarto, como se describio en el contexto del metodo.
El dispositivo 990 puede comprender dos fotodetectores, en donde el primero de estos dos fotodetectores esta dispuesto para medir la intensidad del haz de luz atenuado o atenuado adicionalmente en la primera longitud de onda de haz Abi y el segundo de estos dos fotodetectores esta dispuesto para medir la intensidad del haz de luz atenuado o atenuado adicionalmente, en la segunda longitud de onda de haz. Los valores indicativos de la intensidad en la primera longitud de onda de haz Abi pueden ser el valor primero y segundo, como se describio en el contexto del metodo. Los valores indicativos de la intensidad en la segunda longitud de onda de haz Ab2 pueden ser el valor tercero y cuarto, como se describio en el contexto del metodo.
Alternativamente, incluso si no se muestra en las figuras 5a-5c, el dispositivo puede comprender otra fuente de haz de luz dispuesta para emitir fotones que comprenden luz que tienen una segunda longitud de onda de haz Ab2. La longitud de onda del haz Ab, como se describe en el contexto de las Figuras 5a a 5c, puede corresponder a un pico de absorcion de un primer compuesto gaseoso. La segunda longitud de onda de haz Ab2 puede corresponder a un pico de absorcion de un segundo compuesto gaseoso. Estos temas tambien fueron descritos en conexion con el metodo.
El dispositivo 990 puede comprender un fotodetector 320 que esta dispuesto para medir la intensidad del primero y segundo haz de luz atenuado o atenuado adicionalmente. Los valores indicativos de la intensidad del primer de haz de luz atenuado pueden ser el valor primero y segundo, como se describio en el contexto del metodo. Los valores indicativos de la intensidad en la segunda longitud de onda de haz de luz atenuado pueden ser el valor tercero y cuarto, como se describio en el contexto del metodo.
El dispositivo 990 puede comprender dos fotodetectores, en donde el primero de estos dos fotodetectores esta dispuesto para medir la intensidad del primer haz de luz atenuado, o atenuado adicionalmente y el segundo de estos dos fotodetectores esta dispuesto para medir la intensidad del segundo haz de luz atenuado, o atenuado adicionalmente. Los valores indicativos de la intensidad del primer de haz de luz atenuado pueden ser el valor primero y segundo, como se describio en el contexto del metodo. Los valores indicativos de la intensidad en la segunda longitud de onda de haz de luz atenuado pueden ser el valor tercero y cuarto, como se describio en el contexto del metodo.
El dispositivo 990 puede comprender ademas otra fuente de pulso de luz u otros medios para formar otro pulso de luz. La otra fuente de pulso de luz puede disponerse para emitir el otro pulso de luz que comprende fotones 515 que tienen la otra longitud de onda de pulso Ap11. El otro pulso puede utilizarse para disociar una segunda molecula de compuesto gaseoso, como se describio en el contexto del metodo.
Mas aun, si se utiliza excitacion de dos fotones o excitacion de multiples fotones para disociar la molecula de gas (Figura 2b), el dispositivo puede comprender medios para formar otro pulso de luz, de modo que al menos parte de los fotones del otro pulso de luz esten dispuestos para
- excitar la molecula de gas a una molecula de gas excitada o
- excitar una parte disociada a una parte disociada excitada.
Los medios para formar otro pulso de luz pueden comprender un divisor de pulso de luz y un retardador de pulso de luz. Los medios para formar otro pulso de luz pueden comprender una fuente de pulso de luz. Una fuente de pulso de luz, como se describio en conexion con la primera fuente de pulso de luz, puede utilizarse la fuente de pulso de luz para excitar a las moleculas de gas o las partes excitadas.
Una ventaja del metodo es que la primera trayectoria optica 160 (y posiblemente tambien la segunda trayectoria optica 800) puede extenderse a traves de una llnea de gas (tuberla, ducto, canal), desde una pared 102a1 a una pared opuesta 102a2, como se representa en la Figura 1a. Por lo tanto, el contenido gaseoso puede medirse in
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situ desde la primera trayectoria optica 160. De este modo, el problema de recoger una muestra representativa de la mezcla gaseosa para las mediciones puede evitarse simplemente mediante la omision del muestreo.
Contenido gaseoso, disociacion de un unico paso
A continuacion, se asume que el pulso de luz es monocromatico o esencialmente monocromatico. A continuacion, se asume que la molecula del compuesto gaseoso 510 esta excitada hasta el estado disociativo 512 con un unico foton 515 (Figura 2a). A continuacion, el haz de luz se asume que sea monocromatico o esencialmente monocromatico. A partir de las intensidades atenuadas Iko y Ik, el calculo del contenido del compuesto gaseoso en la mezcla gaseosa puede realizarse de la siguiente manera:
La intensidad del haz de luz 170 se disminuye en el espacio 110 en la menos uno de los siguientes
(i) absorcion debido a atomos, moleculas, iones o radicales de la primera parte producidos en la disociacion de moleculas de gas utilizando el pulso de luz 710,
(ii) otros procesos tales como dispersion o absorcion por otros compuestos o partlculas y
(iii) absorcion debido a otros atomos, moleculas, iones o radicales de la primera parte producidos por otros procesos de disociacion de las moleculas de gas, por ejemplo, producidos por disociacion termica.
Por lo tanto, para la intensidad medida antes de la disociacion de moleculas de gas, se puede escribir Ik0=DI0, en donde Ik0 es la intensidad observada del haz de luz atenuado 175 antes de la disociacion, I0 es la intensidad del haz de luz 170 antes de ingresar al espacio 110 y 9 es un factor de atenuacion. El factor de atenuacion 9 toma en cuenta la atenuacion del haz de luz debido a los procesos (ii) y (iii) anteriores. La Ley de Beer-Lambert puede aplicarse para describir la absorcion mediante atomos o moleculas de la primera parte disociada. Por lo tanto, para la intensidad despues de la disociacion se puede escribir:
en donde Ik es la intensidad del haz de luz atenuado 175 despues de la disociacion de las moleculas de gas por el pulso de luz 710, Ik0 es la intensidad antes de la disociacion, es el contenido de la primera parte (como se mide en proporcion, por ejemplo en ppm o ppmm; el superlndice M significa metal, la molecula de gas puede ser, por ejemplo, un hidroxido de metal), N es el numero total de atomos y moleculas en un volumen V y aM es la seccion transversal de absorcion del atomo o molecula de la primera parte para el haz de luz que tiene longitud de onda Ab. El volumen V se refiere al volumen en la primera trayectoria optica 160 donde ocurre la disociacion y N se refiere al numero total de atomos y moleculas dentro de este volumen. L es la distancia en donde ocurre la absorcion de luz que tiene la longitud de onda Ab con los atomos o moleculas de la primera parte. Por ejemplo si el haz de luz 170 y el pulso de luz tienen la misma seccion transversal, son concentricos y son paralelos, el volumen V es esencialmente el area de seccion transversal de la luz o pulso multiplicada por la distancia L.
La primera parte (atomo, molecula, ion o radical) esta presente en la primera trayectoria optica 160 debido al proceso de disociacion. Cada proceso de disociacion utiliza la energla de un foton quantum del pulso de luz 710. La energla de un foton del pulso de luz monocromatico 710 es hc/Ap1. De este modo, el numero de atomos alcalinos disociados puede escribirse de la siguiente manera:
(2) N„=4„N =
E0pi Ep 1 hc/Api
en donde Nm es el numero de atomos alcalinos, E0p1 es la energla del pulso de luz 710 que ingresa al espacio 110 (o la energla de la segunda parte del pulso de luz 710, si se utiliza el tercer elemento optico 744) y Ep1 es la energla del pulso de luz atenuado 715 que sale del espacio 110. Se asume que la disminucion del pulso de energla Ep0-Ep se utiliza totalmente para disociar las moleculas de gas. Al aplicar la Ley de Beer-Lambert para el pulso de luz 710:
N
(3) Epl = E0pl exp(-£g~o-gL)
en donde es el contenido de compuesto gaseoso de interes (como se mide en proporcion, por ejemplo en ppm o ppmm) y aG es la seccion transversal de absorcion para el compuesto gaseoso y el pulso de luz que tiene la longitud de onda Ap1. Por ejemplo, para NaOH a la temperatura 300 K la seccion transversal de absorcion aG para la longitud de onda 310 nm puede ser aproximadamente (1-10) *10"18cm2. Sin embargo, la temperatura afecta la seccion transversal de absorcion y, por lo tanto, este valor puede no ser aplicable a todos los casos de medicion. Las secciones transversales de absorcion aG y aM no dependen en gran medida de la temperatura, al menos para una temperatura por debajo de 2000°C. Por otro lado, el compuesto gaseoso debe estar en una forma gaseosa para la aplicabilidad del metodo. El metodo se utiliza preferiblemente para la mezcla gaseosa que se origina a partir de un
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proceso termico. De este modo, el metodo puede ser aplicable por ejemplo para una mezcla gaseosa que tiene una temperatura de hasta 2000°C y el metodo se utiliza preferiblemente para una mezcla gaseosa que tiene una temperatura en el rango de 300°C a 2000°C. En una temperatura mas alta la dependencia de los parametros de la temperatura debe tomarse en cuenta.
Al utilizar las ecuaciones (2) y (3), puede calcularse el numero de moleculas de gas disociadas. La ecuacion (3) describe cuanta energla del pulso de luz se utiliza para disociar las moleculas de gas y la ecuacion (2) describe como esta energla esta relacionada con el numero de moleculas disociadas. El numero de primeras partes inducidas por disociacion puede ser relativamente bajo. El numero depende por ejemplo de la energla del pulso de luz y tambien del contenido de moleculas de gas. Como ejemplo 1/10000 - 1/1o0o de moleculas de gas 510 pueden disociarse con el pulso de luz 710.
La relacion entre el numero de moleculas o atomos y el volumen puede escribirse en terminos de otras constantes utilizando la ley de gas ideal: pV=NkT, en donde p es la presion, T es la temperatura y k es la constante del gas.
Utilizando estas ecuaciones, se puede derivar una ecuacion para el contenido gaseoso:
en donde Ap es el area de seccion transversal del pulso de luz 710. Como se describio anteriormente, cuando el perfil de intensidad es no uniforme, puede utilizarse un area efectiva Ap,eff en lugar de Ap. De este modo, para un pulso de luz coherente, ApL es el volumen V, en donde las moleculas de gas se disocian. Un ejemplo de la distancia L, en donde ocurre la absorcion de luz que tiene una longitud de onda Ab con los componentes de la primera parte, se describe en la Figura 5c. En caso de que la primera trayectoria optica 160 y la segunda trayectoria optica 800 no sean paralelas (Figuras 5a y 5b), la distancia L puede ser mucho mas corta. En caso de que las trayectorias 160 y 800 sean perpendiculares, la distancia L es del orden si el diametro del pulso optico, es decir 2r2. Para el calculo del contenido gaseoso, las trayectorias opticas son preferiblemente esencialmente paralelas y esencialmente concentricas.
La ecuacion 4 asume por ejemplo que el pulso de luz 710 es atenuado solo debido a la absorcion al compuesto gaseoso 510. En la practica, tambien puede ocurrir alguna otra absorcion o dispersion. Sin embargo, se puede derivar una ecuacion que tome en cuenta estos procesos.
A partir de la ecuacion (4) se puede ver que la sensibilidad del metodo depende por ejemplo de la energla del pulso de luz E0p1, el area del pulso de luz Ap y la distancia L. Aumentar la energla del pulso, aumentar la distancia L o disminuir el area del pulso aumenta la sensibilidad. En principio no existe llmite para la distancia L. Sin embargo, en algunas realizaciones, la distancia L puede estar en el rango de 1 cm a 50 m.
En las ecuaciones anteriores (2) y (3), se asumio que todos los fotones del pulso de luz 710 que son absorbidos en el espacio 110 disocian una molecula de gas. En un proceso termico, tambien puede ocurrir la dispersion y absorcion a otras moleculas. La precision del metodo puede mejorarse al medir la energla del pulso E0p1 antes de la disociacion con el tercer fotodetector 722 y la energla del pulso Ep despues de la disociacion con el segundo fotodetector 720. La diferencia entre estas energlas puede compararse entonces con el estimado teorico de la ecuacion (3). En caso de que las desviaciones de la ecuacion (3) sean grandes, ambas energlas pueden utilizarse para deducir un valor para el contenido £g.
En las ecuaciones 1 a 4 se asume que la anchura espectral de las longitudes de onda del haz de luz y pulso de luz es angosta, es decir que se utiliza un haz de luz monocromatico y un pulso de luz monocromatico.
La energla del pulso, E0p1, puede tener un valor de 1 nJ a 10 J, preferiblemente de 0,5 pJ a 500 pJ y en algunas realizaciones se han utilizado las energlas de pulso de 0,8 pJ, 1,6 pJ, 10 pJ y 20 pJ. Puede utilizarse una energla de pulso mas alta para detectar contenidos gaseosos mas bajos. En estas realizaciones se utilizo una distancia de L=60 cm. En otras realizaciones se han utilizado las distancias de L=1 m, L=5 m y L=7 m. Mas aun, se utilizo un haz de luz coherente y monocromatico 170 que tiene una seccion transversal circular y el diametro de 3 mm. Cabe destacar que las intensidades son relativamente altas. Por ejemplo, un pulso de 10 pJ que tiene la duracion de 10 ns significa una energla de 1kW. Si el pulso tiene una seccion transversal circular con el radio de 1 cm, la intensidad del pulso de luz 710 es aproximadamente 3 MW/m2, es decir 300 W/cm2.
Principio de medicion, disociacion de dos pasos
Tambien se ha notado que no todas las moleculas de gas pueden disociarse con un pulso de luz a la primera parte y la segunda parte de modo que la primera parte (o la segunda parte) tiene al menos un pico claro en su seccion transversal de absorcion de modo que una fuente de haz de luz para la longitud de onda estarla disponible. Por ejemplo, algunos dihaluros de metal del tipo M2Ha2, en donde M2 de metal es un atomo de metal (por ejemplo, un
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metal pesado o un metal alcalinoterreo del grupo II) y Ha es un atomo de halogeno (como se definio anteriormente) son dificiles de disociar en un atomo de metal y en una molecula de dihaluro utilizando un foton. Por ejemplo, dicloruro de plomo, PbCl2 es de este tipo. El dicloruro de plomo podria disociarse en un atomo de plomo y otro compuesto o compuestos utilizando un pulso de luz que tiene una longitud de onda muy corta. Por ejemplo, para el cloruro de plomo, la longitud de onda puede estar en el rango de 150 nm a 200 nm. Sin embargo, las fuentes de luz que emiten dichos pulsos de energia alta son relativamente costosos. Mas aun, la luz que tiene una longitud de onda tan corta es absorbida a otros gases, tales como oxigeno y, de este modo, no puede propagarse largas distancias. En muchas aplicaciones es preferible una distancia de medicion relativamente larga (es decir trayectoria optica larga). Se noto que PbCl2 puede disociarse en una molecula de monocloruro de plomo y un atomo de cloro. Sin embargo, la molecula de monocloruro de plomo no tiene picos de absorcion bien definidos en la longitud de onda visible o cerca de ultravioleta (UV). Tiene bandas de absorcion en el regimen UV. Sin embargo, estas bandas se mezclan facilmente con las bandas de absorcion de otros compuestos, por ejemplo HgCl2. Mas aun, la seccion transversal de absorcion en estas bandas es mucho mas pequena que la seccion transversal de absorcion del atomo de plomo en otra longitud de onda. La relacion de estas secciones transversales puede estar, por ejemplo, en el rango de 10'6 a 10-5. Por lo tanto, la absorcion de la mezcla gaseosa que corresponde a las longitudes de onda del haz de luz 170 no puede aumentarse significativamente mediante disociacion PbCl2 en PbCl y Cl.
Haciendo referencia a la Figura 6a se noto que el dicloruro de plomo puede disociarse en un atomo de plomo (es decir en un atomo de plomo excitado) y dos atomos de cloro. Sin embargo, la disociacion se realiza en dos pasos. En el primer paso, PbCl2 se disocia en PbCl y Cl. En el segundo paso, PbCl se disocia adicionalmente en Pb y Cl. En una realizacion, se utilizan dos pulsos de luz disociativos posteriores de diferentes longitudes de onda. En otra realizacion, se utiliza un unico pulso capaz de realizar ambos pasos. En el ultimo caso, el pulso de luz puede comprender fotones dispuestos para disociar las moleculas en el primer paso y comprende ademas fotones dispuestos para disociar las moleculas en el segundo paso. Mas aun, los fotones para el primer y segundo paso pueden tener la misma longitud de onda. Sin embargo, los fotones para el primer y segundo paso pueden tener diferentes longitudes de onda. Por ejemplo, un pulso de luz que comprende fotones que tienen la longitud de onda 266 nm puede disociar PbCl2 en PbCl y Cl y disociar ademas PbCl en Pb y Cl.
Sin embargo, se prefiere disociar la molecula del compuesto gaseoso en dos pasos controlados. Esto puede realizarse utilizando un primer pulso de luz para la primera disociacion (por ejemplo PbCl2 en PbCl y Cl) y un segundo pulso de luz para la segunda disociacion (por ejemplo PbCl en Pb y Cl). En este caso, los fotones para el primer y segundo paso preferiblemente tienen diferentes longitudes de onda. De esta manera, el proceso se controla mejor resultando en una facil calibracion. Mas aun, el calculo del contenido del compuesto gaseoso se vuelve mas simple.
Despues de la primera y segunda disociacion, el atomo de plomo disociado esta en un estado excitado. La vida util del estado excitado es muy corta, solo unos pocos nanosegundos. De este modo, las mediciones deben calcularse de manera precisa. En particular si la vida util de los estados en los cuales el penultimo pulso de luz 710b disocia la molecula de gas 510 es corta, la medicion del ultimo pulso de luz 710a debe realizarse cuidadosamente.
En la Figura 6a, la molecula de dicloruro de plomo se disocia primero con un penultimo pulso de luz 710b. El penultimo pulso de luz 710b comprende fotones 516 que tienen la longitud de onda Ap2. El penultimo pulso de luz 710b puede comprender ademas fotones que tienen diferentes longitudes de onda. Preferiblemente el penultimo pulso de luz es monocromatico. La longitud de onda Ap2 se selecciona de modo que la molecula de gas 510 (dicloruro de plomo en la Figura 6a) primero se excita a una molecula 512 en un estado disociativo que se disocia adicionalmente en la segunda parte 525 (cloro en la Figura 6a) y una tercera parte 530 (monocloruro de plomo en la Figura 6a). Para el dicloruro de plomo, puede utilizarse una longitud de onda Ap2 = 355 nm. Aqui la longitud de onda es proporcionada con la precision de un nm.
Luego, la tercera parte 530 se excita a un estado disociativo 531 con un ultimo pulso de luz 710a. El ultimo pulso 710a de luz comprende los fotones 515 que tienen la longitud de onda Ap1. El ultimo pulso de luz 710a puede comprender ademas fotones que tienen diferentes longitudes de onda. Preferiblemente el ultimo pulso de luz es monocromatico. La longitud de onda Ap1 se selecciona de modo que la tercera parte 530 se excita a un estado disociativo 531 con el ultimo pulso de luz 710a. En la Figura 6a, donde monocloruro de plomo se excita, se utilizo la longitud de onda Ap1= 266 nm. Luego, el estado disociativo 531 se disocia en una cuarta parte 532 (atomo de cloro) y a la primera parte (atomo de plomo excitado). La primera parte 520 se detecta utilizando una espectroscopia de absorcion y un haz de luz 170 segun se describio anteriormente. El haz de luz 170 se atenua ademas al haz de luz atenuado 175 debido a la absorcion a la primera parte 520; atomo de plomo excitado en la Figura 6a.
En la realizacion de la Figura 6a, la cuarta parte puede estar en un estado excitado o un estado relajado. Esto no afecta mucho las mediciones. Sin embargo, la primera parte esta en un estado excitado. Cuando se detecta la primera parte utilizando espectroscopia de absorcion, la longitud de onda del haz Ab debe seleccionarse de modo que la longitud de onda del haz corresponda al perfil de absorcion del atomo de plomo excitado. El haz de luz comprende fotones que tienen la longitud de onda de haz Ab. El haz de luz 170 puede comprender ademas fotones que tienen diferentes longitudes de onda. Preferiblemente el haz de luz 170 es monocromatico. En la realizacion de la Figura 6a, se utilizo un haz de luz monocromatico con la longitud de onda de haz Ab = 406 nm.
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Mas aun, segun se describio en conexion con la disociacion de un paso (Figura 2b) tambien en este caso la molecula de gas 510 puede excitarse a un estado excitado 510b antes de excitarla adicionalmente hasta el estado disociativo 512. Ademas, la tercera (parte disociada) 530 puede excitarse a un estado (mas) excitado 530b (no se muestra) antes de excitarse ademas hasta el estado disociativo 531. De este modo, la molecula de compuesto gaseoso 510 puede excitarse hasta el estado disociativo 512 utilizando al menos un foton. Mas aun, haciendo referencia de nuevo a la Figura 2b, la tercera parte 530 puede excitarse hasta el estado disociativo 531 utilizando al menos un foton. De este modo, la excitacion de dos fotones o excitacion de multiples fotones pueden utilizarse para excitar la molecula 510 o la tercera parte 530.
La Figura 6b muestra las escalas temporales para las mediciones de dicloruro de plomo y las intensidades de los pulsos y haz de luz. Al momento t=0 ps, se emite el penultimo pulso de luz 710b que tiene la longitud de onda Ap2. Despues de un tiempo Ati, se emite el ultimo pulso de luz 710a que tiene la longitud de onda Ap1. Estos pulsos se muestran en la Figura 6b como los picos de intensidad para las longitudes de onda correspondientes. Para el haz de luz 170 se muestra la intensidad del haz de luz atenuado 175. La intensidad del haz de luz atenuado 175 que tiene la longitud de onda Ab disminuye poco despues del ultimo pulso de luz 170a, debido a que algunos atomos de plomo excitados estan presentes en la primera trayectoria optica 160.
La vida util del estado excitado del atomo de plomo es muy corta. Por lo tanto, la intensidad del haz de luz atenuado aumenta rapidamente despues del ultimo pulso de luz. Por lo tanto, en esta realization, el periodo de recuperation esta en gran medida definido por la duration del ultimo pulso de luz 710a. Los atomos de plomo excitados estan presentes en la primera trayectoria optica cuando el ultimo pulso de luz disocia las moleculas de cloro de plomo y solo unos pocos nanosegundos despues el pulso.
Para algunos de los otros gases el penultimo pulso de luz 710b puede excitar el atomo de gas 510 a la segunda parte 525 y una tercera parte 530, en donde la tercera parte esta en un estado excitado. La longitud de onda del ultimo pulso 710a puede seleccionarse de modo de excitar la tercera parte 530 del estado excitado hasta el estado disociativo 531. Mas aun, si la vida util del estado excitado de la tercera parte 530 es corta, el ultimo pulso 710a tiene que coordinarse de modo que el ultimo pulso 710a en realidad excite las moleculas o radicales de la tercera parte excitada. Mas aun, si la tercera parte 530 esta en un estado excitado, es posible coordinar el ultimo pulso de modo que la tercera parte 530 tiene tiempo suficiente para relajarse del estado excitado a un estado relajado o a otro estado excitado antes de disociar la tercera parte 530. El tiempo para esta relajacion puede ser tlpicamente de 1 ns a 100 ns. En este caso la longitud de onda del ultimo pulso de luz debe seleccionarse de modo que el ultimo pulso de luz es capaz de disociar la tercera parte 530 en el estado relajado o el otro estado excitado.
Los compuestos gaseosos que pueden medirse utilizando una disociacion de dos pasos incluyen haluros metalicos de la forma M2Ha2, en donde M2 es un atomo de metal tal como Ni o un atomo de metal pesado, por ejemplo Sn, Cu, Zn, Pb o Hg o un atomo de metal alcalinoterreo del grupo II y el halogeno Ha puede seleccionarse del grupo de F, Cl, Br, I y At. Por ejemplo, el contenido de los dicloruros NiCh, SnCl2, CuCl2, ZnCl2 y PbCl2 son de interes en muchos procesos termicos. Mas aun, pueden disociarse algunos trihaluros primero a un monohaluro. Por ejemplo, algunos trihaluros de Bi, Sb y P pueden disociarse en un monohaluro correspondiente utilizando un pulso. El monohaluro puede disociarse ademas en un atomo de halogeno y otro atomo. Estos deben considerarse solamente como gases ejemplares para el metodo.
Como se describio anteriormente para la disociacion de un unico paso, puede utilizarse un unico haz para medir dos compuestos gaseosos diferentes que comprenden el mismo atomo. Por ejemplo si la mezcla gaseosa comprende cloruro de plomo (PbCh) y bromuro de plomo (PbBr2), puede utilizarse un haz de luz comun para detectar el cloruro y el bromuro. La molecula de cloruro de plomo se disociarla en un atomo de plomo utilizando dos pulsos de luz (el ultimo y el penultimo). Mas aun, el bromuro de plomo se disociarla en un atomo de plomo utilizando (i) otro pulso de luz, (ii) otros dos pulsos o (iii) otro pulso y uno del ultimo pulso y penultimo pulso. De este modo, la disminucion de la intensidad del haz de luz atenuado despues de disociar el cloruro de plomo podrla utilizarse para determinar el contenido de cloruro de plomo. Mas aun, la disminucion de la intensidad del haz de luz atenuado despues de disociar el bromuro de plomo podrla utilizarse para determinar el contenido de bromuro de plomo.
Como se describio anteriormente para la disociacion de un unico paso, pueden utilizarse dos haces o un haz que comprende fotones que corresponden a longitudes de onda pico de dos compuestos para medir dos compuestos gaseosos diferentes que comprenden diferentes atomos. Por ejemplo si la mezcla gaseosa comprende cloruro de plomo (PbCl2) y cloruro de zinc (ZnCl2), pueden utilizarse dos haces de luz o un haz de luz que comprende fotones que corresponden a longitudes de onda de zinc pico y fotones que corresponden a longitudes de onda de plomo pico para detectar ambos cloruros. Posiblemente la misma fuente o fuentes de pulso de luz pueden utilizarse para disociar ambos cloruros. La disminucion de la intensidad del haz de luz atenuado que corresponde al pico de absorcion de zinc podrla utilizarse para determinar el contenido de cloruro de zinc. La disminucion de la intensidad del haz de luz atenuado que corresponde al pico de absorcion de plomo podrla utilizarse para determinar el contenido de cloruro de plomo. De este modo, un unico haz que tiene picos correspondientes a dos atomos diferentes pueden utilizarse para medir el contenido de dos compuestos gaseosos. En una manera similar dos haces pueden utilizarse para medir dos compuestos gaseosos.
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Dispositivo de medicion, disociacion de dos pasos
La Figura 6c muestra una realizacion de un dispositivo 990 para medir el contenido de un compuesto gaseoso 510 de una mezcla gaseosa. El dispositivo 990 esta dispuesto para utilizar el penultimo pulso de luz 710b y el ultimo pulso 710a para disociar la molecula de gas en la primera parte y en las otras partes. El dispositivo 990 esta dispuesto para utilizar un haz de luz 170 para detectar el contenido de la primera parte.
La Figura 6c muestra una realizacion preferida de la invencion utilizando dos pulsos de luz para disociar una molecula de gas. El dispositivo 990 de la Figura 6c comprende:
- una fuente de haz de luz 310, dispuesta para emitir un haz de luz monocromatico y coherente 170 que tiene la longitud de onda de haz Ab,
- una primera fuente de pulso de luz 700a, dispuesta para emitir un ultimo pulso de luz monocromatico y coherente 710a que tiene la longitud de onda de pulso Ap1,
- opcionalmente, una segunda fuente de pulso de luz 700b, dispuesta para emitir un penultimo pulso de luz monocromatico y coherente 710b que tiene la longitud de onda de pulso Ap2,
- un primer elemento optico 740a, dispuesto para guiar
o el haz de luz 170 a una primera trayectoria optica 160 y
o el ultimo pulso de luz 710a a una segunda trayectoria optica 800 de modo que la segunda trayectoria optica 800 se superpone a la primera trayectoria optica 160,
- un segundo elemento optico 740b, dispuesto para guiar
o el haz de luz 170 a la primera trayectoria optica 160, o el ultimo pulso de luz 710a a la segunda trayectoria optica 800 y
o el penultimo pulso de luz 710b a una tercera trayectoria optica 810 de modo que la tercera trayectoria optica 810 se superpone a la segunda trayectoria optica 800 y la primera trayectoria optica 160,
- un tercer elemento optico 742a, dispuesto para pasar el haz de luz atenuado 175, es decir la luz que tiene la longitud de onda Ab, dispuesta para pasar el ultimo pulso de luz (atenuado) 715a, es decir luz que tiene la longitud de onda Ap1 y desviar, reflejar o absorber el penultimo pulso de luz atenuado 715b, es decir luz que tiene la longitud de onda Ap2,
- un cuarto elemento optico 742b dispuesto para pasar el haz de luz atenuado 175, es decir la luz que tiene la longitud de onda Ab y desviar, reflejar o absorber el pulso de luz atenuado 715a, es decir luz que tiene la longitud de onda Ap1,
- un quinto elemento optico 744a, dispuesto para reflejar una primera parte de luz que tiene la longitud de onda Ap1 y pasar una segunda parte de luz que tiene la longitud de onda Ap1,
- un sexto elemento optico 744b, dispuesto para reflejar una primera parte de luz que tiene la longitud de onda Ap2 y pasar una segunda parte de luz que tiene la longitud de onda Ap2,
- un primer fotodetector 320, dispuesto para detectar la intensidad del haz de luz atenuado 175 que tiene la longitud de onda Ab,
- una lente 746, dispuesta para hacer converger el haz de luz atenuado 175 al primer fotodetector 320,
- un segundo fotodetector 720a, dispuesto para detectar la intensidad del ultimo pulso de luz atenuado 715a, teniendo el ultimo pulso de luz atenuado la longitud de onda Ap1,
- un tercer fotodetector 720b, dispuesto para detectar la intensidad del penultimo pulso de luz atenuado 715b, teniendo el penultimo pulso de luz atenuado la longitud de onda Ap2,
- un cuarto fotodetector 722a, dispuesto para detectar la intensidad de luz que tiene la longitud de onda Ap1,
- un quinto fotodetector 722a, dispuesto para detectar la intensidad de luz que tiene la longitud de onda Ap2 y
- una unidad de procesamiento de datos 910, en donde la unidad de procesamiento de datos esta dispuesta para calcular el contenido de compuesto gaseoso en la mezcla gaseosa utilizando un primer valor, siendo el primer valor indicativo de una primera intensidad Ik0 del haz de luz atenuado 175 en el fotodetector 320 y un segundo valor, siendo el segundo valor indicativo de una segunda intensidad Ik del haz de luz atenuado 175 en el fotodetector 320.
La segunda fuente de pulso de luz es opcional. El segundo pulso de luz puede invalidarse con la primera fuente de pulso de luz. Por ejemplo la primera fuente de pulso de luz puede emitir dos pulsos posteriores. Como otro ejemplo, la primera fuente de luz puede emitir un pulso de luz que se divide en dos pulsos. El primero de estos pulsos puede utilizarse directamente para disociar la molecula de gas 510 o la molecula de gas excitada y los ultimos de estos pulsos pueden retrasarse y utilizarse para disociar la tercera parte 530 (Figura 6a) o la tercera parte excitada. La primera fuente de pulso de luz y el divisor de pulso de luz pueden denominarse medios para generar un segundo pulso de luz. El segundo pulso de luz comprende fotones 516 que tienen una segunda longitud de onda de pulso Ap2, al menos parte de los fotones 516 que disocian al menos parte de (i) las moleculas del compuesto gaseoso 510 o (ii) moleculas del compuesto gaseoso excitado 510 en atomos, moleculas, iones o radicales de la tercera parte 530 de la primera trayectoria optica 160 y en otra parte 525.
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Como se describio anteriormente, la segunda fuente de pulso 700b puede omitirse en algunas realizaciones, en donde un unico pulso de luz es capaz de disociar la tercera parte 530 y la molecula de gas 510 (Figura 6a).
Como se vera, las energlas de los pulsos antes de las disociaciones necesitan conocerse de modo de aplicar la ecuacion 12 para el contenido gaseoso. Estas energlas se miden preferiblemente con los fotodetectores 722a y 722b. En el caso que las energlas de los pulsos de luz sean conocidas sin medirlas, los fotodetectores 722a y 722b son opcionales. De este modo, los componentes opticos 744a y 744b son opcionales. Las energlas de los pulsos de luz pueden conocerse por ejemplo de las mediciones de calibracion, siempre que las fuentes de pulso de luz sean estables.
Sin embargo, no se necesita la energla de los pulsos de luz atenuados necesariamente. Por lo tanto, el fotodetector 720a es opcional. De este modo, el componente optico 742a es opcional. Por lo tanto, tambien el fotodetector 720b es opcional. De este modo, el componente optico 742b es opcional.
Preferiblemente los pulsos de luz no son guiados al fotodetector 320. Esto puede tomarse en cuenta por el elemento optico 742a, que puede disponerse para que pase solamente fotones que tienen aproximadamente la longitud de onda de haz Ab y disponerse para reflejar o absorber los fotones 516, 515 de los pulsos de luz 710b, 710a. Los tamanos de los pulsos de luz se seleccionan preferiblemente de modo que el penultimo pulso de luz 710b tenga una seccion transversal mayor que el ultimo pulso de luz 710a. Mas aun, la tercera trayectoria optica 810 (del penultimo pulso de luz 710b) y la segunda trayectoria optica 800 (del ultimo pulso de luz 710a) son preferiblemente esencialmente paralelas y concentricas en el significado definido para el caso de la primera y segunda trayectoria optica (ver arriba). Por lo tanto, el volumen de la segunda trayectoria optica 800 esta comprendido preferiblemente en el volumen de la tercera trayectoria optica 810. Es decir la tercera trayectoria optica es mayor en diametro que la segunda trayectoria optica.
Mas aun, el tamano del ultimo pulso de luz 710a y el haz de luz 170 se seleccionan preferiblemente de modo que el ultimo pulso de luz 710a tenga una seccion transversal mayor que el haz de luz 170, segun se describio para el caso de solo un pulso disociativo. Mas aun, la segunda trayectoria optica 800 (del ultimo pulso de luz) y la primera trayectoria optica 160 (del haz de luz) son preferiblemente esencialmente paralelas y concentricas (en el significado descrito anteriormente). Por lo tanto, el volumen de la primera trayectoria optica 160 esta comprendido preferiblemente en el volumen de la segunda trayectoria optica 800. Es decir la segunda trayectoria optica es mayor en diametro que la primera trayectoria optica.
En las mediciones, la intensidad del haz de luz atenuado que tiene la longitud de onda Ab disminuye poco despues del ultimo pulso de luz, debido a que algunos atomos de plomo excitados estan presentes en la primera trayectoria optica. La intensidad atenuada que se muestra en la Figura 6b (superior) muestra un comportamiento similar al ya representado en la Figura 4c para el caso de un unico pulso de luz.
La longitud de onda para el haz de luz 170 puede seleccionarse como se describio anteriormente para la disociacion de un unico pulso.
La longitud de onda para el ultimo pulso de luz 710a puede seleccionarse como la longitud de onda para el unico pulso de luz 710, segun se describio anteriormente para la disociacion de un unico pulso. En particular, la longitud de onda puede seleccionarse de modo que se disocia la tercera parte 530. Sin embargo, para controlar los diferentes pasos del proceso de disociacion, la longitud de onda puede seleccionarse tambien de modo que la molecula de compuesto gaseoso 510 no se disocia con el ultimo pulso de luz o al menos una parte significativa de las moleculas de compuesto gaseoso 510 no se disocian con el ultimo pulso de luz.
La longitud de onda para el penultimo pulso de luz 710b puede seleccionarse de modo que disocia la molecula de gas 510. La longitud de onda del penultimo pulso de luz 710b puede ser, por ejemplo, menor que 430 nm. En particular, la longitud de onda puede seleccionarse de modo que se disocia el compuesto gaseoso 510. Sin embargo, para controlar los diferentes pasos del proceso de disociacion, la longitud de onda puede seleccionarse tambien de modo que la tercera parte 530 no se disocia con el ultimo pulso de luz o al menos una parte significativa de las terceras partes 530 no se disocian con el ultimo pulso de luz. El ultimo criterio no es crltico, ya que el tiempo entre los pulsos, en particular el tiempo entre un ultimo pulso y un penultimo pulso posterior puede seleccionarse de modo que las terceras partes 530 no esten presentes en la trayectoria optica al momento del penultimo pulso.
Se miden dos valores, Ik0 y Ik, indicativos de la intensidad del haz de luz atenuado 175, segun se describio anteriormente: En el presente caso, el metodo comprende
- detectar un segundo valor indicativo de una segunda intensidad Ik, del haz de luz atenuado 175, en donde el haz de luz atenuado 175 se atenua adicionalmente por los atomos, moleculas, iones o radicales de la primera parte 520 en la primera trayectoria optica 160.
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En el presente caso la primera parte 520 se produce mediante la disociacion de las moleculas o radicales de la tercera parte 530.
Los valores Ik0 y Ik pueden obtenerse promediando o mediante ajuste de curva, en caso de ser necesario, como se describio anteriormente. Estos valores se obtienen para cada disminucion en la intensidad del haz de luz atenuado 175, es decir antes o despues del penultimo pulso 710a. Esto se describio en mayor detalle para el caso de disociacion en un paso. Por ejemplo, el valor IK0 puede seleccionarse como el valor de intensidad antes de la disminucion, no como un valor promedio a largo plazo. Los valores se utilizan para determinar el contenido del compuesto gaseoso en la mezcla gaseosa.
Contenido gaseoso, disociacion de dos pasos
A partir de las intensidades atenuadas Iko y Ik el calculo del contenido del compuesto gaseoso en la mezcla gaseosa puede realizarse de la siguiente manera cuando los pulsos de luz de dos longitudes de onda se utilizan para disociar la molecula de gas. Los calculos son en gran medida similares a la deduccion de contenido gaseoso, cuando se utiliza solo un pulso de luz (ver arriba). En los siguientes calculos se asume que
- el haz de luz 170 es esencialmente monocromatico,
- el ultimo pulso de luz 710a es esencialmente monocromatico,
- el penultimo pulso de luz 710b es esencialmente monocromatico,
- las trayectorias opticas 160, 800, 810 son esencialmente paralelas y concentricas,
- el area de seccion transversal del penultimo pulso de luz 710b es mayor que el area de seccion transversal del ultimo pulso de luz 710a,
- el area de seccion transversal del ultimo pulso de luz 710a es mayor que el area de seccion transversal del haz de luz 170,
- se asume que la molecula del compuesto gaseoso 510 esta excitada hasta el estado disociativo 512 con un unico foton 516 (Figura 6a) y
- se asume que la tercera parte 530 esta excitada hasta el estado disociativo 531 con un unico foton 515 (Figura 6a).
Los calculos se llevan a cabo para PbCl2. Sin embargo, en base a la descripcion, es evidente para un experto en la tecnica llevar a cabo los calculos para otros gases.
Primero, cuando el penultimo pulso de luz 710b es guiado a la segunda trayectoria optica 810, disocia algunas de las moleculas de gas 510. Por lo tanto, la energla del pulso disminuye. Al aplicar la Ley de Beer-Lambert para el penultimo pulso:
Aqul E0p2 es la energla del penultimo pulso de luz 710b que ingresa al espacio 110, Ep2 es la energla del penultimo pulso de luz atenuado 715b que sale del espacio 110 y que ha sido atenuado debido a que excita las moleculas 510 a las moleculas 512 en el estado disociativo (Figuras 6a, 6c). NPbCl2 es el numero de moleculas de PbCl2, V es el volumen, donde las moleculas de gas estan ubicadas, OPbC^es la seccion transversal de absorcion para PbCl2 y para la longitud de onda Ap2 del penultimo pulso y L es la longitud de la parte de la tercera trayectoria optica 810 que atenua el penultimo pulso de luz. La longitud puede ser, por ejemplo, el ancho del espacio 110. Asumiendo que no hay perdidas de energla, por ejemplo todas las disminuciones en la energla del penultimo pulso de luz se deben a excitar las moleculas de PbCl2, el numero de moleculas de PbCl puede calcularse como:
Aqul h es la constante de Plank y c es la velocidad de la luz.
Despues del penultimo pulso 710b al menos algunas de estas moleculas de monocloruro de plomo estan presentes en la segunda trayectoria optica 800. El ultimo pulso de luz 710a es guiado a traves de la segunda trayectoria optica 800, por lo cual al menos parte de estas moleculas de monocloruro de plomo se excitan por el ultimo pulso de luz 710a. Al aplicar la Ley de Beer-Lambert para el ultimo pulso:
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(7)-^- = exp(--^
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Aqul Eopi es la energla del ultimo pulso de luz 710a que ingresa al espacio 110, Epi es la energla del ultimo pulso de luz atenuado 715a que sale del espacio 110 y que ha sido atenuado por ejemplo debido a que excita las moleculas 530 al estado excitado 531 (Figuras 6a, 6c). NpbCl es el numero de moleculas de PbCl, Vp2 es el volumen, donde las moleculas de gas de PbCl estan ubicadas (nota: Vp2 tambien es el volumen de la trayectoria optica para el penultimo pulso de luz, ya que PbCl se produce por la disociacion inducida por el penultimo pulso de luz), apbCl es la seccion transversal de absorcion para PbCl y para la longitud de onda Ap1 del ultimo pulso. L es la longitud de la parte de la segunda trayectoria optica 800 que atenua el ultimo pulso de luz. La longitud puede ser, por ejemplo, el ancho del espacio 110. Como es evidente, en estos calculos se asumen que estas longitudes son iguales. Sin embargo, En caso de que un dispositivo 990 este ubicado en ambiente, estas longitudes no son necesariamente iguales. Como se describio anteriormente, el numero de moleculas excitadas de este modo, que iguala al numero de atomos de plomo, ya que cada molecula de PbCl excitada disocia, puede calcularse como:
El haz de luz 170 se vuelve mas atenuado por la presencia de atomos de plomo (excitados) (o mas generalmente primeras partes 520) en la primera trayectoria optica 160. Por lo tanto, la relacion entre el haz de luz atenuado 175 y el haz de luz atenuado adicionalmente 175 puede escribirse como:
Aqul Vp1 es el volumen de la segunda trayectoria optica, es decir el volumen en el cual el ultimo pulso de luz 710a disocia las moleculas de monocloruro de plomo a atomos de plomo excitados. La atenuacion del haz de luz 170 se debe a la presencia de estos atomos de plomo excitados. Al insertar NPb de la ecuacion 9 a la ecuacion 8 y resolver para Npmc proporciona:
Al insertar NPbCl de la ecuacion 10 a la ecuacion 6 puede utilizarse para calcular el numero de moleculas de dicloruro de plomo NPbCl2. Sin embargo, el contenido del compuesto gaseoso en una mezcla gaseosa a menudo es de mayor interes. De la teorla de gases se conoce que:
(11)
Aqul ^PbCl2 es el contenido de dicloruro de plomo en una mezcla gaseosa. Al insertar las ecuaciones 11 y 10 en la ecuacion 6 obtenemos el contenido del compuesto gaseoso:
Aqul tambien se ha utilizado la ecuacion Vp2=Ap2L y Vp1=Ap1L. De la ecuacion 12 puede calcularse el contenido de cloruro de plomo, una vez que se conocen los parametros. Como se describio anteriormente, por ejemplo en el contexto de la ecuacion 4, pueden utilizarse areas efectivas en lugar de Ap1 y Ap2 si el perfil de intensidad no es uniforme.
Como en la ecuacion 4, la ecuacion 12 tambien asume por ejemplo que los pulsos de luz 710a, 710b son atenuados solamente debido a la absorcion al compuesto gaseoso 510 y a la tercera parte 530. En la practica, tambien puede ocurrir alguna otra absorcion o dispersion. Sin embargo, se puede derivar una ecuacion que tome en cuenta estos procesos.
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La ecuacion 12 asume por ejemplo que
- el penultimo pulso de luz 710b se atenua solamente debido a que la absorcion al compuesto gaseoso 510 y
- el ultimo pulso de luz 710a se atenua solamente debido a la absorcion a la tercera parte 530.
En la practica, tambien puede ocurrir alguna otra absorcion o dispersion. Sin embargo, se puede derivar una ecuacion que tome en cuenta estos procesos.
A la temperatura T=1000 K y presion p=1,012*105 Pa y para las longitudes de onda descritas anteriormente, los valores de algunos parametros son: h = 6,626*10-34 Js, c = 2,998x10s m/s, k = 1,38*10-23 J/K, Ap1 = 266*10-9 m, Ap2=355 x10-9 m, Ab = 406 *10-9 m, apba2=10-21m(i) 2, apba=10-21m2 y apb=10-16m2.
Las otras constantes dependen de la energla del pulso, tamano del pulso y longitud de la trayectoria optica. Por ejemplo, estas pueden ser E0p2 = 50*10-3J, E0p1 = 50*10-6 J, Ap1 = 25*10-6m2, Ap2 = 25*10-6m2 y L = 1 m. Se destaca ademas que si el llmite de detection para I k/I k0 es por ejemplo 0,01, el llmite de detection para el contenido gaseoso (cloruro de plomo) es aproximadamente 0,7 ppm.
Principio de medicion, disociacion de tres pasos
Se ha notado ademas que el contenido de algunas moleculas del compuesto gaseoso 510 en una mezcla gaseosa puede medirse utilizando tres pulsos de luz posteriores para disociar la molecula de gas. Haciendo referencia a la Figura 7a, una molecula de CrCh cloruro de cromo 510 puede disociarse utilizando tres pulsos de luz disociativos posteriores en un atomo de cromo (primera parte 520), que puede o no estar en un estado excitado y en otras partes (530, 532, 536), en donde las otras partes son atomos de cloro.
La molecula de tricloruro de cromo 510 (molecula de gas) puede excitarse con un antepenultimo pulso de luz 710c a la molecula de gas 512 en un estado disociativo. El antepenultimo pulso de luz 710c comprende fotones 517 que tienen la tercera longitud de onda de pulso Ap3. El antepenultimo pulso de luz 710c puede comprender ademas fotones que tienen otra longitud de onda. Preferiblemente el antepenultimo pulso de luz 710c es monocromatico. La tercera longitud de onda de pulso Ap3 se selecciona de modo de excitar la molecula de gas 510 a la molecula de gas excitada 512 en un estado disociativo. La molecula de gas 512 se disocia en la segunda parte 525 y la tercera parte 530. En la Figura 7a la segunda parte 525 es un atomo de cloro y la tercera parte 530 es una molecula de dicloruro de cromo.
La molecula de dicloruro de cromo 530 (tercera parte) puede excitarse con un penultimo pulso de luz 710b a una tercera parte excitada 531 en un estado disociativo. El penultimo pulso de luz 710b comprende fotones 516 que tienen la segunda longitud de onda de pulso Ap2. El penultimo pulso de luz 710b puede comprender ademas fotones que tienen otra longitud de onda. Preferiblemente el penultimo pulso de luz 710b es monocromatico. La segunda longitud de onda de pulso Ap2 se selecciona de modo de excitar la tercera parte 530 a una tercera parte excitada 531 en un estado disociativo. La tercera parte excitada 531 se disocia en una cuarta parte 532 y una quinta parte 534. En la Figura 7a la cuarta parte 532 es un atomo de cloro y la quinta parte 534 es una molecula de monocloruro de cromo.
La molecula de monocloruro de cromo 534 (quinta parte) puede excitarse con el ultimo pulso de luz 710a a una quinta parte excitada 531 en un estado disociativo. El ultimo pulso de luz 710a comprende fotones 515 que tienen la primera longitud de onda de pulso Ap1. El ultimo pulso de luz 710a puede comprender ademas fotones que tienen otra longitud de onda. Preferiblemente el ultimo pulso de luz 710a es monocromatico. La primera longitud de onda de pulso se selecciona de modo de excitar la quinta parte 530 a una quinta parte excitada 534 en un estado disociativo. La quinta parte excitada 535 se disocia en la primera parte 520 y en una sexta parte 536. En la Figura 7a la primera parte 520 es un atomo de cromo y la sexta parte 536 es un atomo de cloro.
La primera parte 520 (es decir el atomo de cromo) puede estar en un estado relajado o en un estado excitado. Tambien las otras partes 525, 530, 532, 534 y 536 pueden estar en un estado relajado o en un estado excitado. La longitud de onda del penultimo pulso de luz 710b se selecciona de modo que la tercera parte 530 se excita a un estado disociable, tomando en cuenta si la tercera parte 530 esta en un estado excitado o en un estado relajado. La longitud de onda del ultimo pulso de luz 710a se selecciona de modo que la quinta parte 534 se excita a un estado disociable, tomando en cuenta si la quinta parte 534 esta en un estado excitado o en un estado relajado.
La primera parte 520 se sondea con el haz de luz 170, que se atenua al haz de luz atenuado 175. La atenuacion puede deberse a al menos uno de los siguientes
(i) absorcion debido a atomos, moleculas, iones o radicales de la primera parte producidos en la disociacion
de moleculas de gas utilizando el ultimo pulso de luz 710a y
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(ii) otros procesos, tales como dispersion o absorcion por otros compuestos o partlculas, por los cuales el primer valor indicativo de la intensidad del haz de luz atenuado puede medirse, segun se describio anteriormente. Ademas, la atenuacion puede deberse a
(iii) absorcion debido a otros atomos, moleculas, iones o radicales de la primera parte producidos por otros procesos de disociacion de las moleculas de gas, por ejemplo producidas por disociacion termica, por lo cual el segundo valor indicativo de la intensidad del haz de luz atenuado puede medirse, segun se describio anteriormente.
El haz de luz 170 comprende fotones que tienen la longitud de onda de haz Ab. El ultimo haz de luz 170 puede comprender ademas fotones que tienen otra longitud de onda. Preferiblemente el haz de luz 170 es monocromatico. La longitud de onda del haz Ab se selecciona de modo que corresponde al perfil de absorcion de la primera parte 520 (excitada o relajada). De este modo, la disociacion de la molecula de gas 510 eventualmente en la primera parte 520 aumenta la absorcion del haz de luz a la mezcla gaseosa a la longitud de onda de haz Ab.
La tercera parte 530 puede estar en un estado excitado, en donde la vida util del estado excitado es corta. Por lo tanto, la sincronizacion del penultimo pulso de luz 710b necesita seleccionarse de modo que excite la tercera parte 530 a un estado disociativo.
La quinta parte 534 puede estar en un estado excitado, en donde la vida util del estado excitado es corta. Por lo tanto, la sincronizacion del ultimo pulso de luz 710a necesita seleccionarse de modo que excite la quinta parte 530 a un estado disociativo.
Puede utilizarse una excitacion de dos fotones o excitacion de multiples fotones para excitar al menos uno de los siguientes
- la molecula de gas 510,
- la tercera parte 530 y
- la quinta parte 534,
hasta el estado disociativo correspondiente, segun se describio anteriormente en el contexto de disociacion de un paso y disociacion de dos pasos.
Los gases que pueden ser posibles para medir con la disociacion de tres pasos incluyen tambien otros tricloruros de metal tales como FeCb, AlCb y ThCb.
Dispositivo de medicion, disociacion de tres pasos
La Figura 7b muestra una realizacion de un dispositivo 990 para medir el contenido de un compuesto gaseoso 510 de una mezcla gaseosa. El dispositivo 990 esta dispuesto para utilizar el antepenultimo pulso de luz 710c, el penultimo pulso de luz 710b y el ultimo pulso de luz 710a para disociar la molecula de gas 510 en la primera parte 520 y en las otras partes (525, 530, 532, 534, 536; Figura 7a). El dispositivo 990 esta dispuesto para utilizar un haz de luz 170 para detectar el contenido de la primera parte.
Ademas de los componentes que se muestran en la Figura 6c, el dispositivo de la Figura 7b comprende ademas:
- una tercera fuente de pulso de luz 700c, dispuesta para emitir un antepenultimo pulso de luz monocromatico y coherente 710c que tiene la longitud de onda de pulso Ap3,
- un septimo elemento optico 740c, dispuesto para guiar
o el haz de luz 170 a la primera trayectoria optica 160, o el ultimo pulso de luz 710a a la segunda trayectoria optica 800, o el penultimo pulso de luz 710b a la tercera trayectoria optica y
o el antepenultimo pulso de luz 710c a una cuarta trayectoria optica 820 de modo que la cuarta trayectoria optica 820 se superpone a la tercera trayectoria optica 810, la segunda trayectoria optica 800 y la primera trayectoria optica 160,
- un octavo elemento optico 742c, dispuesto para pasar el haz de luz atenuado 175, es decir la luz que tiene la longitud de onda Ab, dispuesta para pasar el ultimo pulso de luz (atenuado) 715a, es decir luz que tiene la longitud de onda Ap1 dispuesta para pasar el penultimo pulso de luz (atenuado) 715b, es decir luz que tiene la longitud de onda Ap2 y desviar o reflejar el antepenultimo pulso de luz atenuado 715c, es decir luz que tiene la longitud de onda Ap3,
- un noveno elemento optico 744c, dispuesto para reflejar una primera parte de luz que tiene la longitud de onda Ap3 y pasar una segunda parte de luz que tiene la longitud de onda Ap3,
- un sexto fotodetector 720c, dispuesto para detectar la intensidad del antepenultimo pulso de luz atenuado 715c, teniendo el antepenultimo pulso de luz atenuado la longitud de onda Ap3,
- un septimo fotodetector 722c, dispuesto para detectar la intensidad de luz que tiene la longitud de onda Ap3.
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Segun se describio anteriormente en conexion con la penultima fuente de pulso de luz, la tercera fuente de pulso de luz 700c es opcional. Mas generalmente el dispositivo comprende medios para generar un antepenultimo pulso de luz 710c que tiene la longitud de onda de pulso Ap3. Los medios pueden comprender al menos uno de la primera fuente de pulso de luz, la segunda fuente de pulso de luz y un divisor del pulso de luz.
Como se describio anteriormente, los fotodetectores 720c, 720b y 720a son opcionales. De este modo, los componentes opticos 742c, 742b y 742a son opcionales.
Sin embargo, preferiblemente los pulsos de luz no son guiados al fotodetector 320. El elemento optico puede tomar esto en cuenta 742a. Mas aun, medir el contenido gaseoso puede requerir informacion sobre la energla de los pulsos de luz. La energla de los pulsos puede medirse con los fotodetectores 722a, 722b y 722c. En el caso que la energla sea conocida de otro modo, los fotodetectores 722a, 722b y 722c son opcionales, por lo cual los elementos opticos 744a, 744b y 744c son opcionales. La energla de los pulsos atenuados puede medirse con los fotodetectores 720a, 722b y 722c.
Las trayectorias opticas 160, 800, 810, 820 son preferiblemente paralelas y concentricas.
Los tamanos de los pulsos de luz preferiblemente se seleccionan de modo que el antepenultimo pulso de luz 710c tenga una seccion transversal mayor que el penultimo pulso de luz 710b. Mas aun, la cuarta trayectoria optica 820 (del antepenultimo pulso de luz) y la tercera trayectoria optica 810 (del penultimo pulso de luz) son preferiblemente esencialmente paralelas y concentricas en el significado descrito anteriormente. Por lo tanto, el volumen de la tercera trayectoria optica 810 esta preferiblemente comprendido en el volumen de la cuarta trayectoria optica 820. Es decir la cuarta trayectoria optica es mayor en diametro que la tercera trayectoria optica.
Mas aun, el tamano del penultimo pulso de luz 710b se selecciona preferiblemente de modo que el penultimo pulso de luz 710b tenga una seccion transversal mayor que el ultimo pulso de luz 710a. Mas aun, la tercera trayectoria optica 810 (del penultimo pulso de luz) y la segunda trayectoria optica 800 (del ultimo pulso de luz) son preferiblemente esencialmente paralelas y concentricas en el significado descrito anteriormente. Por lo tanto, el volumen de la segunda trayectoria optica 800 esta comprendido preferiblemente en el volumen de la tercera trayectoria optica 810. Es decir la tercera trayectoria optica es mayor en diametro que la segunda trayectoria optica.
Mas aun, el tamano del ultimo pulso de luz 710a y el haz de luz 170 se selecciona preferiblemente de modo que el ultimo pulso de luz 710a tenga una seccion transversal mayor que el haz de luz 170. Mas aun, la segunda trayectoria optica 800 (del ultimo pulso de luz) y la primera trayectoria optica 160 (del haz de luz) son preferiblemente esencialmente paralelas y concentricas (en el significado descrito anteriormente). Por lo tanto, el volumen de la primera trayectoria optica 160 esta comprendido preferiblemente en el volumen de la segunda trayectoria optica 800. Es decir la segunda trayectoria optica es mayor en diametro que la primera trayectoria optica.
Otras caracterfsticas
El dispositivo 990 puede comprender una fuente de luz integrada. La fuente de luz integrada comprende al menos dos de la fuente de haz de luz 310, la tercera fuente de pulso de luz 700c, la segunda fuente de pulso de luz 700b, la primera fuente de pulso de luz 700a y la fuente de pulso de luz 700. La fuente de luz integrada puede estar dispuesta para emitir luz de modo que las trayectorias opticas sean esencialmente paralelas. Al menos ningunos del haz de luz y pulsos de luz puede guiarse utilizando reflectores dentro de la fuente de luz integrada. Ademas, al menos ningunos del haz de luz y pulsos de luz puede guiarse utilizando al menos una fibra optica dentro de la fuente de luz integrada.
El dispositivo 990 puede estar integrado con una caldera. De este modo, puede medirse el contenido de un compuesto gaseoso emitido por la caldera, por ejemplo, en los gases de combustion. La medicion puede realizarse in situ. La Figura 8 muestra una realizacion de una caldera 100. El dispositivo 990 para medir el contenido de gas puede integrarse con la caldera. El dispositivo puede integrarse por ejemplo de modo que la caldera 100 comprenda al menos una entrada optica 130. La caldera 100 puede comprender al menos una salida optica 135 (ver las Figuras 1a-1d).
La caldera 100 de la Figura 8 comprende las paredes 102. Las paredes 102 separan el interior de la caldera y el exterior de la caldera. Por lo tanto, tambien el techo y el piso se consideran paredes 102. En el interior de la caldera se forma el espacio 110. El espacio 110 puede comprender por ejemplo un espacio de combustion 120, un canal de gas de combustion 122 y/o una chimenea 124. La caldera 100 comprende intercambiadores de calor 150 ubicados en el espacio 110. Un intercambiador de calor 150 puede ser por ejemplo: un dispositivo sobrecalentador, un economizador, un precalentador de aire o un precalentador de alimentacion de agua. La caldera 100 comprende, en al menos una pared 102, al menos una entrada optica 130, tal como una ventana 140 o un agujero 132, para las mediciones opticas. Una ventana 140 es trasparente de modo que la luz puede propagarse a traves de la ventana. Preferiblemente la luz del haz de luz de medicion no esta significativamente atenuada mientras viaja a traves de la ventana. La caldera 100 puede comprender al menos una salida optica 135, tal como una ventana 140 o un agujero 132. En el caso que se utilice un agujero 132 como una entrada optica, pueden soplarse aire u otro gas a traves del agujero 132 en la caldera 100 de modo de retener los gases de combustion en la caldera 100.
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De manera similar, el dispositivo 990 puede integrarse con un reactor de gasificacion. El reactor de gasificacion esta dispuesto para gasificar biomasa a gas de slntesis.
De manera similar, el dispositivo 990 puede integrarse con un reactor de pirolisis. El reactor de pirolisis esta dispuesto para descomponer termoqulmicamente material organico a temperaturas elevadas.
De manera similar, el dispositivo 990 puede integrarse con un reactor de torrefaccion. El reactor de torrefaccion esta dispuesto para extraer termoqulmicamente componentes volatiles del material organico a temperaturas elevadas (temperaturas mas bajas que en el reactor de pirolisis).
Ejemplos:
1. Un metodo para medir el contenido de un compuesto gaseoso de una mezcla gaseosa, en donde el compuesto gaseoso consiste en moleculas de compuesto gaseoso (510) y la molecula de compuesto gaseoso (510) no es una molecula de haluro alcalino, en donde la molecula de haluro alcalino tiene forma MHa, en donde M es un atomo de metal alcalino del grupo de Li, Na, K, Ru, Cs y Fr y Ha es un atomo de halogeno del grupo de F, Cl, Br, I y At, comprendiendo el metodo
- generar un haz de luz (170), en donde el haz de luz (170) comprende fotones que tienen una longitud de onda de haz (Ab),
- guiar el haz de luz (170) a una primera trayectoria optica (160), en donde
- la primera trayectoria optica (160) corre a traves de un espacio (110) que contiene la mezcla gaseosa que comprende el compuesto gaseoso, por lo cual el haz de luz (170) se atenua a un haz de luz atenuado (175) y
- detectar un primer valor indicativo de una primera intensidad (Ik0) del haz de luz atenuado (175),
caracterizado por
- generar un ultimo pulso de luz (710, 710a), en donde el ultimo pulso de luz (710, 710a) comprende fotones (515, 515b) que tienen una primera longitud de onda de pulso (Ap1),
- opcionalmente generar otro pulso de luz (710b, 710c),
- disociar al menos parte de las moleculas de compuesto gaseoso (510) o al menos parte de las moleculas de compuesto gaseoso excitadas (510b) en la primera trayectoria optica (160) en al menos dos partes disociadas (520, 525, 530, 532, 534) utilizando el ultimo pulso de luz (710, 710a) o el otro pulso de luz (710b, 710c),
- disociar (i) al menos parte de las moleculas de compuesto gaseoso (510), (ii) al menos parte de las moleculas de compuesto gaseoso excitadas (510b), (iii) al menos parte de las partes disociadas (530, 534) o
(iv) al menos parte de las partes disociadas excitadas (530, 534) en la primera trayectoria optica (160) en atomos, moleculas, iones o radicales de la primera parte (520) y en otra parte (525, 532, 536) utilizando el ultimo pulso de luz (710, 710a), por lo cual el haz de luz (170) se atenua adicionalmente a un haz de luz atenuado (175) mediante absorcion a los atomos, moleculas, iones o radicales de la primera parte (520) en la primera trayectoria optica (160),
- detectar un segundo valor indicativo de una segunda intensidad (Ik) del haz de luz atenuado (175) y
- determinar, utilizando el primer valor y el segundo valor, el contenido del compuesto gaseoso de la mezcla gaseosa.
2. El metodo del ejemplo 1, caracterizado por
- disociar al menos parte de (i) las moleculas de compuesto gaseoso (510) o (ii) moleculas de compuesto gaseoso excitadas (510b) en la primera trayectoria optica (160) en atomos, moleculas, iones o radicales de la primera parte (520) y en otra parte (525) utilizando el ultimo pulso de luz (710).
3. El metodo del ejemplo 1, caracterizado por
- generar un penultimo pulso de luz (710b), en donde el penultimo pulso de luz (710b) comprende fotones (516) que tienen una segunda longitud de onda de pulso (Ap2),
- disociar al menos parte de (i) las moleculas de compuesto gaseoso (510) o (ii) moleculas de compuesto gaseoso excitadas (510b) en la primera trayectoria optica (160) en atomos, moleculas, iones o radicales de la tercera parte (530) y en otra parte (525) utilizando el penultimo pulso de luz (710b) y
- disociar al menos parte de (i) los atomos, moleculas, iones o radicales de la tercera parte (530) o (ii) los atomos, moleculas, iones o radicales de la tercera parte excitada (530) en atomos, moleculas, iones o radicales de la primera parte (520) y en otra parte (532) utilizando el ultimo pulso de luz (710a).
4. El metodo del ejemplo 1, caracterizado por
- generar un penultimo pulso de luz (710b), en donde el penultimo pulso de luz (710b) comprende fotones (516) que tienen una segunda longitud de onda de pulso (Ap2).
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- generar un antepenultimo pulso de luz (710c), en donde el antepenultimo pulso de luz (710c) comprende fotones (517) que tienen una tercera longitud de onda de pulso (Ap3).
- disociar al menos parte de (i) las moleculas de compuesto gaseoso (510) o (ii) moleculas de compuesto gaseoso excitadas (510) en la primera trayectoria optica (160) en atomos, moleculas, iones o radicales de la tercera parte (530) y en otra parte (525) utilizando el antepenultimo pulso de luz (710c),
- disociar al menos parte de (i) los atomos, moleculas, iones o radicales de la tercera parte (530) o (ii) los atomos, moleculas, iones o radicales de la tercera parte excitada (530) en atomos, moleculas, iones o radicales de la quinta parte (534) y en otra parte (532) utilizando el penultimo pulso de luz (710b),
- disociar al menos parte de (i) los atomos, moleculas, iones o radicales de la quinta parte (534) o (ii) los atomos, moleculas, iones o radicales de la quinta parte excitada (534) en atomos, moleculas, iones o radicales de la primera parte (520) y en otra parte (536) utilizando el ultimo pulso de luz (710a).
5. El metodo de cualquiera de los ejemplos 1 a 4, caracterizado por excitar
- al menos parte de las moleculas de compuesto gaseoso (510) a moleculas de compuesto gaseoso excitadas (510b) o
- al menos parte de las partes disociadas (530, 534) en partes disociadas excitadas en la primera trayectoria optica (160) utilizando fotones (515b) comprendidos por el ultimo pulso de luz (710, 710a), el otro pulso de luz (710b, 710c) u otro pulso de luz.
6. El metodo de cualquiera de los ejemplos 1 a 5, caracterizado por
- disociar al menos parte de las moleculas del segundo compuesto gaseoso o al menos parte de las moleculas del segundo compuesto gaseoso excitadas en la primera trayectoria optica (160) en al menos dos partes disociadas,
- generar un segundo haz de luz, en donde el segundo haz de luz comprende fotones que tienen una segunda longitud de onda de haz (Ab2),
- detectar un tercer valor indicativo de una primera intensidad Ik0 del segundo haz de luz atenuado,
- detectar un cuarto valor indicativo de una segunda intensidad Ik del segundo haz de luz atenuado y
- determinar, utilizando el tercer valor y el cuarto valor, el contenido del segundo contenido de compuesto gaseoso de la mezcla gaseosa.
7. El metodo de cualquiera de los ejemplos 1 a 5, caracterizado por
- disociar al menos parte de las moleculas del segundo compuesto gaseoso o al menos parte de las moleculas del segundo compuesto gaseoso excitadas en la primera trayectoria optica (160) en al menos dos partes disociadas,
- generar un haz de luz (170), en donde el haz de luz (170) comprende fotones que tienen una primera longitud de onda de haz Ab1 y fotones que tienen una segunda longitud de onda de haz Ab2,
- detectar el primer valor indicativo de una primera intensidad Ik0 del haz de luz atenuado (175) a la primera longitud de onda de haz Ab1,
- detectar un tercer valor indicativo de una primera intensidad Ik0 del haz de luz atenuado (175) a la segunda longitud de onda de haz Ab2,
- detectar el segundo valor indicativo de una segunda intensidad Ik del haz de luz atenuado (175) a la primera longitud de onda de haz Ab1,
- detectar un cuarto valor indicativo de una segunda intensidad Ik del haz de luz atenuado (175) a la segunda longitud de onda de haz Ab2 y
- determinar, utilizando el tercer valor y el cuarto valor, el contenido del segundo contenido de compuesto gaseoso de la mezcla gaseosa.
8. El metodo de cualquiera de los ejemplos 1 a 5, caracterizado por
- opcionalmente detectar un tercer valor indicativo de una intensidad Ik0 del haz de luz atenuado (175),
- generar otro pulso de luz, en donde el otro pulso de luz comprende fotones (515) que tienen otra longitud de onda de pulso Ap1,1,
- disociar al menos parte de (i) las moleculas del segundo compuesto gaseoso o (ii) moleculas del segundo compuesto gaseoso excitado en la primera trayectoria optica (160) utilizando el otro pulso de luz, por lo cual el haz de luz (170) se atenua adicionalmente a un haz de luz atenuado (175) mediante absorcion (i) a un producto de disociacion de las moleculas del segundo compuesto gaseoso o (ii) a un producto de disociacion de las moleculas del segundo compuesto gaseoso excitado en la primera trayectoria optica (160),
- detectar un cuarto valor indicativo de una segunda intensidad Ik del haz de luz atenuado (175),
- determinar, utilizando el cuarto valor y al menos uno del tercer valor y el primer valor, el contenido del segundo contenido de compuesto gaseoso de la mezcla gaseosa.
9. El metodo de cualquiera de los ejemplos 1 a 8, caracterizado por
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- seleccionar la longitud de onda de pulso Api y espectro de longitudes de onda del ultimo pulso de luz (710, 710a) de modo que
- al menos parte de (i) las moleculas de compuesto gaseoso (510), (ii) las moleculas de compuesto gaseoso excitadas (5l0b), (iii) las partes disociadas (530, 534) o (iv) las partes disociadas excitadas se disocian con el ultimo pulso de luz (710, 710a) y esencialmente ninguna molecula de haluro alcalino se disocia con el ultimo pulso de luz (710, 710a), en donde la molecula de haluro alcalino tiene la forma MHa, en donde M es un atomo de metal alcalino del grupo de Li, Na, K, Ru, Cs y Fr, y Ha es un atomo de halogeno del grupo de F, Cl, Br, I y At.
10. El metodo de cualquiera de los ejemplos 1 a 9, caracterizado porque
- el ultimo pulso de luz (710, 710a) comprende fotones de modo que
- al menos un foton (515, 515b) es capaz de excitar la molecula de compuesto gaseoso (510), la molecula de compuesto gaseoso excitado (510b), una parte disociada (530, 534) o una parte disociada excitada a un estado disociativo (512, 531, 535) que tiene una energla de al menos 2,88 eV por encima del estado fundamental de la molecula de compuesto gaseoso (510) o el estado fundamental de la parte disociada (530,534).
11. El metodo del ejemplo 10, caracterizado porque
- el ultimo pulso de luz (710, 710a) comprende fotones que tienen la primera longitud de onda de pulso (Ap1), en donde
- la primera longitud de onda de pulso (Ap1) es a lo sumo 430 nm.
12. El metodo del ejemplo 11, caracterizado porque
- el ultimo pulso de luz (710, 710a) no comprende fotones que tienen una longitud de onda seleccionada del grupo de 420 nm, 370 nm, 270 nm y 266 nm.
13. El metodo del ejemplo 11 o 12, caracterizado porque
- el ultimo pulso de luz (710, 710a) no comprende fotones que tienen una longitud de onda de 230 nm a 290 nm.
14. El metodo de cualquiera del ejemplo 13, caracterizado porque
- el haz de luz (170) no comprende fotones que tienen la longitud de onda 766 nm o 266 nm.
15. El metodo de cualquiera de los ejemplos 1 a 14, caracterizado porque
- el ultimo pulso de luz (710, 710a) es esencialmente monocromatico.
16. El metodo de cualquiera de los ejemplos 1 a 15, caracterizado porque
- el haz de luz (170) comprende fotones que tienen la longitud de onda de haz (Ab), en donde
- la longitud de onda de haz es a lo sumo 1800 nm.
17. El metodo de cualquiera de los ejemplos 1 a 16, caracterizado porque
- el haz de luz (170) es monocromatico o esencialmente monocromatico.
18. El metodo de cualquiera de los ejemplos 1 a 17, caracterizado porque
- el haz de luz (170) tiene una primera seccion transversal,
- el ultimo pulso de luz (710, 710a) tiene una segunda seccion transversal y
- la segunda seccion transversal es mayor que la primera seccion transversal.
19. El metodo de cualquiera de los ejemplos 1 a 18, caracterizado porque
- el haz de luz (170) es monocromatico o esencialmente monocromatico y tiene la longitud de onda de haz
(Ab)
- el ultimo pulso de luz (710, 710a) es monocromatico o esencialmente monocromatico y tiene la primera longitud de onda de pulso (Ap1) y
el metodo comprende
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- guiar al menos parte del ultimo pulso de luz (710, 710a) a una segunda trayectoria optica (800) de modo que
- la segunda trayectoria optica (800) es esencialmente paralela a la primera trayectoria optica (160).
20. El metodo del ejemplo 19, caracterizado porque
- la primera trayectoria optica (160) y la segunda trayectoria optica (800) son esencialmente concentricas.
21. El metodo de cualquiera de los ejemplos 1 a 20, caracterizado porque
- la molecula de compuesto gaseoso (510) comprende al menos tres atomos, por lo cual el metodo comprende
- disociar al menos parte de las moleculas de compuesto gaseoso (510) que comprenden al menos tres atomos con un pulso de luz (710, 710a, 710b, 710c).
22. El metodo del ejemplo 1 o 2, caracterizado porque el compuesto gaseoso se selecciona del grupo que comprende
- hidroxidos alcalinos de la forma MOH, en donde M es un atomo alcalino (metal) del grupo IA de la tabla periodica de los elementos, excluyendo hidrogeno,
- monoxidos de metal, tales como PbO, NiO, MnO y CrO,
- sales de metal de polihaluro disociadas termicamente, tales como PbCl, HgCl,
- NO2,
- sulfatos por ejemplo sulfatos de metal tales como sulfato de potasio (K2SO4),
- carbonatos, por ejemplo carbonatos de metal tales como carbonato de potasio (K2CO3) y
- sulfuros de metal de la forma M1S, en donde M1 es un atomo de metal y S es un atomo de azufre.
23. El metodo del ejemplo 22, caracterizado porque
- el compuesto gaseoso es hidroxido de sodio (NaOH),
- la primera longitud de onda (Ap1) es de 300 nm a 350 nm y
- la longitud de onda de haz (Ab) es una de 285 nm, 330 nm y 589 nm.
24. El metodo del ejemplo 1 o 3, caracterizado porque
- el compuesto gaseoso se selecciona del grupo de haluros de metal de la forma M2Ha2, en donde M2 es un atomo de metal tal como Ni, Sn, Cu, Zn, Pb o Hg o un atomo de metal alcalinoterreo del grupo II y el halogeno Ha se selecciona del grupo de F, Cl, Br, I y At.
25. El metodo del ejemplo 24, caracterizado porque
- el compuesto gaseoso es cloruro de plomo (PbCh),
- el haz de luz (170) es monocromatico que tiene la longitud de onda de haz (Ab) de 406 nm,
- el ultimo pulso de luz (710a) es monocromatico que tiene la primera longitud de onda de pulso (Ap1) de 266 nm,
- el penultimo pulso de luz (710b) es monocromatico que tiene la segunda longitud de onda de pulso (Ap2) de 355 nm, en donde el metodo comprende
- guiar al menos parte del ultimo pulso de luz (710a) a una segunda trayectoria optica (800) y
- guiar al menos parte del penultimo pulso de luz (710b) a una tercera trayectoria optica (810) de modo que
- la tercera trayectoria optica (810), la segunda trayectoria optica (800) y la primera trayectoria optica (160) son esencialmente paralelas y concentricas.
26. El metodo del ejemplo 1 o 4, caracterizado porque
- el compuesto gaseoso se selecciona del grupo de trihaluros de metal, por ejemplo, FeCh, AlCh, CrCl3 y ThCl3.
27. El metodo de cualquiera de los ejemplos 1 a 26, caracterizado por
producir la mezcla gaseosa en un proceso termico, en donde el proceso termico es uno de combustion, pirolisis, gasificacion y torrefaccion, en donde la mezcla gaseosa comprende las moleculas de compuesto gaseoso (510).
28. Un dispositivo (990) para medir el contenido de un compuesto gaseoso de una mezcla gaseosa, en donde el compuesto gaseoso consiste en moleculas de compuesto gaseoso (510) y la molecula de compuesto gaseoso no es una molecula de haluro alcalino, en donde la molecula de haluro alcalino tiene forma MHa, en
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donde M es un atomo de metal alcalino del grupo de Li, Na, K, Ru, Cs y Fr y Ha es un atomo de halogeno del grupo de F, Cl, Br, I y At, comprendiendo el dispositivo
- una fuente de haz de luz (310), dispuesta para emitir un haz de luz (170) que comprende fotones con una longitud de onda de haz (Ab) y
- un fotodetector (320), en donde
- una primera trayectoria optica (160) esta dispuesta opticamente entre el fotodetector (320) y la fuente de haz de luz (310),
- un espacio (110), a traves del cual la primera trayectoria optica (160) esta dispuesta para correr, se dispone para contener la mezcla gaseosa que absorbe el haz de luz (170),
- un haz de luz (170) esta dispuesto para atenuarse a un haz de luz atenuado (175) mediante dicha absorcion del haz de luz (170) y
- el fotodetector (320) esta dispuesto para detectar un primer valor indicativo de una primera intensidad (L0) del haz de luz atenuado (175),
caracterizado porque el dispositivo (990) comprende
- al menos una primera fuente de pulso de luz (700, 700a), en donde
- la primera fuente de pulso de luz (700, 700a) esta dispuesta para generar un ultimo pulso de luz (710, 710a) que comprende fotones (515) que tienen una primera longitud de onda de pulso (Ap1), al menos parte de los fotones (515) disocian al menos parte de las (i) moleculas de compuesto gaseoso (510), (ii) moleculas de compuesto gaseoso excitadas (510b), (iii) partes disociadas (530, 534) o (iv) partes disociadas excitadas (530, 534) en la primera trayectoria optica (160) en atomos, moleculas, iones o radicales de la primera parte (520) y en otra parte (525, 532, 536), en donde el haz de luz (170) se atenua adicionalmente al haz de luz atenuado (175) mediante absorcion a los atomos, moleculas, iones o radicales de la primera parte (520) en la primera trayectoria optica (160), en donde las partes disociadas (530, 534) han sido producidas opcionalmente a partir de las moleculas de compuesto gaseoso (510) mediante disociacion utilizando al menos otro pulso de luz,
- el fotodetector (320) esta dispuesto para detectar un segundo valor indicativo de una segunda intensidad (Ik) del haz de luz atenuado (175) y
- el dispositivo (990) comprende una unidad de procesamiento de datos dispuesta para determinar, utilizando el primer valor y el segundo valor, el contenido de compuesto gaseoso en la mezcla gaseosa.
29. El metodo del ejemplo 28, caracterizado porque
- la primera fuente de pulso de luz (700, 700a), esta dispuesta para generar el ultimo pulso de luz (710, 710a) que comprende fotones (515) que tienen una primera longitud de onda de pulso (Ap1), al menos parte de los fotones (515) que disocian al menos parte de las (i) moleculas de compuesto gaseoso (510) o (ii) moleculas de compuesto gaseoso excitadas (510b) en la primera trayectoria optica (160) en los atomos, moleculas, iones, o radicales de la primera parte (520) y en otra parte (525).
30. El dispositivo del ejemplo 28, caracterizado porque el dispositivo (990) comprende
- medios para generar un penultimo pulso de luz (710b), en donde
- el penultimo pulso de luz (710b) comprende fotones (516) que tienen una segunda longitud de onda de pulso (Ap2), al menos parte de los fotones (516) que disocian al menos parte de (i) las moleculas del compuesto gaseoso (510) o (ii) moleculas del compuesto gaseoso excitado (510b) en la primera trayectoria optica (160) en atomos, moleculas, iones o radicales de la tercera parte (530) y en otra parte (525) y
- la primera fuente de pulso de luz (700a) esta dispuesta para generar el ultimo pulso de luz (710a) que comprende fotones (515) que tienen una primera longitud de onda (Ap1), al menos parte de los fotones (515) disocian al menos parte de (i) los atomos, moleculas, iones o radicales de la tercera parte (530) o (ii) atomos, moleculas, iones o radicales de la tercera parte excitada (530) en atomos, moleculas, iones o radicales de la primera parte (520) y en otra parte (532).
31. El dispositivo del ejemplo 30, caracterizado porque el dispositivo (990) comprende
- medios para generar un antepenultimo pulso de luz (710c) y
- medios para generar un penultimo pulso de luz (710b), en donde
- el antepenultimo pulso de luz (710c) comprende fotones (517) que tienen una tercera longitud de onda de pulso (Ap3), al menos parte de los fotones (517) que disocian al menos parte de (i) las moleculas del compuesto gaseoso (510) o (ii) moleculas del compuesto gaseoso excitado (510) en la primera trayectoria optica (160) en atomos, moleculas, iones o radicales de la tercera parte (530) y en otra parte (525) ,
- el penultimo pulso de luz (700b) comprende fotones (516) que tienen una segunda longitud de onda de pulso (Ap2), al menos parte de los fotones (516) disocian al menos parte de (i) los atomos, moleculas, iones o radicales de la tercera parte (530) o (ii) atomos, moleculas, iones o radicales de la tercera parte excitada (530) en atomos, moleculas, iones o radicales de la quinta parte (534) y en otra parte (532) y
- la primera fuente de pulso de luz (700a) esta dispuesta para generar el ultimo pulso de luz (710a) que comprende fotones (515) que tienen una primera longitud de onda de pulso (Ap1), al menos parte de los
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fotones (515) disocian al menos parte de (i) los atomos, moleculas, iones o radicales de la quinta parte (534) o (ii) atomos, moleculas, iones o radicales de la quinta parte excitada (534) en atomos, moleculas, iones o radicales de la primera parte (520) y en otra parte (536).
32. El dispositivo de cualquiera de los ejemplos 28 a 31, caracterizado porque el dispositivo (990) comprende
- una fuente de haz de luz dispuesta para emitir luz que comprende fotones que tienen la primera longitud de onda de haz Ab1 y fotones que tienen una segunda longitud de onda de haz Ab2 y
- (a) un fotodetector dispuesto para detectar la intensidad de luz en la primera longitud de onda de haz Ab1 y la intensidad de luz en la segunda longitud de onda de haz Ab2; o (b) un fotodetector dispuesto para detectar la intensidad de luz en la primera longitud de onda de haz Ab1 y otro fotodetector dispuesto para detectar la intensidad de luz en la segunda longitud de onda de haz Ab2.
33. El dispositivo de cualquiera de los ejemplos 28 a 31, caracterizado porque el dispositivo (990) comprende
- una segunda fuente de haz de luz y
- (a) el fotodetector (320) esta dispuesto para detectar tambien la intensidad del segundo haz de luz atenuado; o (b) el dispositivo comprende otro fotodetector, dispuesto para detectar la intensidad del segundo haz de luz atenuado.
34. El dispositivo de cualquiera de los ejemplos 28 a 31, caracterizado porque el dispositivo (990) comprende
- medios para generar un segundo pulso de luz, en donde
- el segundo pulso de luz comprende fotones que tienen otra longitud de onda de pulso (Ap1,1), al menos parte de los fotones que disocian al menos parte de (i) las moleculas del segundo compuesto gaseoso o (ii) moleculas del segundo compuesto gaseoso excitado en la primera trayectoria optica (160).
35. El dispositivo de cualquiera de los ejemplos 28 a 34, caracterizado porque la fuente de pulso de luz (700) esta dispuesta para emitir el ultimo pulso de luz (710, 710a) de modo que al menos parte de (i) las moleculas del compuesto gaseoso (510) (ii) las moleculas de compuesto gaseoso excitadas, (iii) las partes disociadas (530, 534) o (iv) las partes disociadas excitadas se disocian con el ultimo pulso de luz (710, 710a) y esencialmente ninguna molecula de haluro alcalino se disocia con el ultimo pulso de luz (710, 710a), en donde la molecula de haluro alcalino tiene la forma MHa, en donde M es un atomo de metal alcalino del grupo de Li, Na, K, Ru, Cs y Fr, y Ha es un atomo de halogeno del grupo de F, Cl, Br, I y At.
36. El dispositivo de cualquiera de los ejemplos 28 a 35, caracterizado porque
- la primera fuente de pulso de luz (700, 700a) esta dispuesta para emitir un pulso de luz que comprende fotones de modo que
- al menos un foton (515, 515b) es capaz de excitar la molecula de compuesto gaseoso (510), la molecula de compuesto gaseoso excitado (510), una parte disociada (530, 534) o una parte disociada excitada (530, 534) a un estado disociativo (512) que tiene una energla de al menos 2,88 eV por encima del estado fundamental de la molecula de compuesto gaseoso (510) o el estado fundamental de la parte disociada (530,534).
37. El dispositivo del ejemplo 36, caracterizado porque
- la primera fuente de pulso de luz (700, 700a) esta dispuesta para emitir un pulso de luz que comprende fotones que tienen la primera longitud de onda de pulso (Ap1), en donde
- la primera longitud de onda de pulso (Ap1) es a lo sumo 430 nm.
38. El dispositivo de cualquiera de los ejemplos 28 a 37, caracterizado porque
- la primera fuente de pulso de luz (700, 700a) esta dispuesta para emitir un pulso de luz que no comprende fotones que tienen una longitud de onda seleccionada del grupo de 420 nm, 370 nm, 270 nm y 266 nm.
39. El dispositivo de cualquiera de los ejemplos 28 a 38, caracterizado porque
- la primera fuente de pulso de luz (700, 700a) esta dispuesta para emitir un pulso de luz que no comprende fotones que tienen una longitud de onda de 230 nm a 290 nm.
40. El dispositivo de cualquiera de los ejemplos 28 a 39, caracterizado porque
- la primera fuente de pulso de luz (700, 700a) es un laser.
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41. El dispositivo de cualquiera de los ejemplos 28 a 40, caracterizado porque
- una fuente de haz de luz (310) esta dispuesta para emitir un haz de luz que comprende fotones con la longitud de onda de haz (Ab), en donde
- la longitud de onda de haz (Ab) es a lo sumo 1800 nm.
42. El dispositivo de cualquiera de los ejemplos 28 a 41, caracterizado porque
- la fuente de haz de luz (310) es un laser.
43. El dispositivo de cualquiera de los ejemplos 28 a 42, caracterizado porque el dispositivo comprende
- una fuente de luz integrada (730), en donde la fuente de luz integrada (730) comprende al menos dos fuentes de luz (310, 700, 700a, 700b, 700c).
44. El dispositivo de cualquiera de los ejemplos 28 a 43, caracterizado porque el dispositivo comprende
- un primer elemento optico (740), en donde el primer elemento optico (740) esta dispuesto
- - para guiar el haz de luz (170) a la primera trayectoria optica (160) y
- - para guiar el ultimo pulso de luz (710, 710a) a una segunda trayectoria optica (800), en donde
- la segunda trayectoria optica (800) es esencialmente paralela a la primera trayectoria optica (160) y
- la primera trayectoria optica (160) y la segunda trayectoria optica (800) son esencialmente concentricas.
45. El dispositivo del ejemplo 44, caracterizado porque el dispositivo comprende
un segundo elemento optico (742), en donde el segundo elemento optico (742) esta dispuesto
- - para pasar el haz de luz atenuado (175) al fotodetector (320) y
- - para desviar, reflejar o absorber el ultimo pulso de luz atenuado (715, 715a).
46. El dispositivo de cualquiera de los ejemplos 28 a 45, caracterizado porque
- la fuente de haz de luz (310) esta dispuesta para emitir un haz de luz (170) que tiene una primera seccion transversal y
- la primera fuente de pulso de luz (700, 700a) esta dispuesta para emitir el ultimo pulso de luz (710, 710a) que tiene una segunda seccion transversal, de modo que
- la segunda seccion transversal es mayor que la primera seccion transversal.
47. El dispositivo de cualquiera de los ejemplos 28 a 46, caracterizado porque una fuente de pulso de luz (700, 700a, 700b, 700c) esta dispuesta para generar un pulso de luz (710, 710a, 710b, 710c) que comprende fotones (515, 516, 517) que tienen una longitud de onda de pulso, de modo que los fotones (515, 516, 517) estan dispuestos para disociar una molecula de compuesto gaseoso (510) o una molecula de compuesto gaseoso excitado (510b) que comprende al menos tres atomos.
48. El dispositivo del ejemplo 28 o 29, caracterizado porque
- el compuesto gaseoso es hidroxido de sodio (NaOH),
- la primera longitud de onda de pulso (Ap1) es de 300 nm a 350 nm y
- la longitud de onda de haz (Ab) es una de 285 nm, 330 nm y 589 nm.
49. El dispositivo del ejemplo 28 o 30, caracterizado porque el compuesto gaseoso es cloruro de plomo (PbCl2) y el dispositivo comprende
- la fuente de haz de luz (310), dispuesta para emitir un haz de luz monocromatica (170) que tiene la longitud de onda de haz (Ab) de 406 nm,
- la primera fuente de pulso de luz (700a), dispuesta para emitir un ultimo pulso de luz monocromatico (710a) que tiene la primera longitud de onda de pulso (Ap1) de 266 nm,
- la segunda fuente de pulso de luz (700b), dispuesta para emitir un penultimo pulso de luz monocromatico (710b) que tiene la primera longitud de onda de pulso (Ap2) de 355 nm,
- al menos un elemento optico, dispuesto para guiar el haz de luz (170) a la primera trayectoria optica (160), el ultimo pulso de luz (710a) a la segunda trayectoria optica (800) y el penultimo pulso de luz (710b) a una tercera trayectoria optica de modo que la primera, segunda y tercera trayectorias opticas (160, 800, 810) son esencialmente paralelas y concentricas.
50. Una caldera (100) que comprende el dispositivo de cualquiera de los ejemplos 28 a 49.
51. Un reactor de gasificacion que comprende el dispositivo de cualquiera de los ejemplos 28 a 49.
52. Un reactor de pirolisis que comprende el dispositivo de cualquiera de los ejemplos 28 a 49.
53. Un reactor de torrefaccion que comprende el dispositivo de cualquiera de los ejemplos 28 a 49.
Claims (15)
- 51015202530354045505560651. Un metodo para medir el contenido de un compuesto gaseoso de una mezcla gaseosa, en donde el compuesto gaseoso consiste en moleculas de compuesto gaseoso (510) y la molecula de compuesto gaseoso (510) no es una molecula de haluro alcalino, en donde la molecula de haluro alcalino tiene la forma MHa, en donde M es un atomo de metal alcalino del grupo de Li, Na, K, Ru, Cs y Fr, y Ha es un atomo de halogeno del grupo de F, Cl, Br, I y At, comprendiendo el metodo- generar un haz de luz (170), en donde el haz de luz (170) comprende fotones que tienen una longitud de onda de haz (Ab),- guiar el haz de luz (170) a una primera trayectoria optica (160), en donde- la primera trayectoria optica (160) corre a traves de un espacio (110) que contiene la mezcla gaseosa que comprende el compuesto gaseoso, por lo cual el haz de luz (170) se atenua a un haz de luz atenuado (175),- detectar un primer valor indicativo de una primera intensidad (L0) del haz de luz atenuado (175),- generar un ultimo pulso de luz (710, 710a), en donde el ultimo pulso de luz (710, 710a) comprende fotones (515, 515b) que tienen una primera longitud de onda de pulso (Ap1) y- opcionalmente generar otro pulso de luz (710b, 710c),caracterizado porque- el haz de luz (170) es monocromatico o esencialmente monocromatico y tiene la longitud de onda de haz(Ab)- el ultimo pulso de luz (710, 710a) es monocromatico o esencialmente monocromatico y tiene la primera longitud de onda de pulso (Ap1), comprendiendo ademas el metodo- guiar al menos parte del ultimo pulso de luz (710, 710a) a una segunda trayectoria optica (800), que corre a traves del espacio (110), de modo que la segunda trayectoria optica (800) es esencialmente paralela a la primera trayectoria optica (160),- disociar al menos parte de las moleculas de compuesto gaseoso (510) o al menos parte de las moleculas de compuesto gaseoso excitadas (510b) en la primera trayectoria optica (160) en al menos dos partes disociadas (520, 525, 530, 532, 534) utilizando el ultimo pulso de luz (710, 710a) o el otro pulso de luz (710b, 710c),- disociar (i) al menos parte de las moleculas de compuesto gaseoso (510), (ii) al menos parte de las moleculas de compuesto gaseoso excitadas (510b), (iii) al menos parte de las partes disociadas (530, 534) o (iv) al menos parte de las partes disociadas excitadas (530, 534) en la primera trayectoria optica (160) en atomos, moleculas, iones o radicales de la primera parte (520) y en otra parte (525, 532, 536) utilizando el ultimo pulso de luz (710, 710a), por lo cual el haz de luz (170) se atenua adicionalmente a un haz de luz atenuado (175) mediante absorcion a los atomos, moleculas, iones o radicales de la primera parte (520) en la primera trayectoria optica.(160),- seleccionar la longitud de onda de haz (Ab) de modo que corresponda al perfil de absorcion de la primera parte (520),- detectar un segundo valor indicativo de una segunda intensidad (Ik) del haz de luz atenuado (175) y- determinar, utilizando el primer valor y el segundo valor, el contenido del compuesto gaseoso de la mezcla gaseosa.
- 2. El metodo de la reivindicacion 1, caracterizado por- disociar al menos parte de (i) las moleculas de compuesto gaseoso (510) o (ii) moleculas de compuesto gaseoso excitadas (510b) en la primera trayectoria optica (160) en atomos, moleculas, iones o radicales de la primera parte (520) y en otra parte (525) utilizando el ultimo pulso de luz (710).
- 3. El metodo de la reivindicacion 1, caracterizado por- generar un penultimo pulso de luz (710b), en donde el penultimo pulso de luz (710b) comprende fotones (516) que tienen una segunda longitud de onda de pulso (Ap2),- disociar al menos parte de (i) las moleculas de compuesto gaseoso (510) o (ii) moleculas de compuesto gaseoso excitadas (510b) en la primera trayectoria optica (160) en atomos, moleculas, iones o radicales de la tercera parte (530) y en otra parte (525) utilizando el penultimo pulso de luz (710b) y- disociar al menos parte de (i) los atomos, moleculas, iones o radicales de la tercera parte (530) o (ii) los atomos, moleculas, iones o radicales de la tercera parte excitada (530) en los atomos, moleculas, iones o radicales de la primera parte (520) y en otra parte (532) utilizando el ultimo pulso de luz (710a).
- 4. El metodo de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por- disociar al menos parte de las moleculas del segundo compuesto gaseoso o al menos parte de las moleculas del segundo compuesto gaseoso excitadas en la primera trayectoria optica (160) en al menos dos partes disociadas,5101520253035404550556065- generar un segundo haz de luz, en donde el segundo haz de luz comprende fotones que tienen una segunda longitud de onda de haz (Ab2),- detectar un tercer valor indicativo de una primera intensidad Ik0 del segundo haz de luz atenuado,- detectar un cuarto valor indicativo de una segunda intensidad Ik del segundo haz de luz atenuado y- determinar, utilizando el tercer valor y el cuarto valor, el contenido del segundo contenido de compuesto gaseoso de la mezcla gaseosa.
- 5. El metodo de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por- opcionalmente detectar un tercer valor indicativo de una intensidad Iko del haz de luz atenuado (175),- generar otro pulso de luz, en donde el otro pulso de luz comprende fotones (515) que tienen otra longitud de onda de pulso Api,i,- disociar al menos parte de las (i) moleculas del segundo compuesto gaseoso o (ii) moleculas del segundo compuesto gaseoso excitado en la primera trayectoria optica (160) utilizando el otro pulso de luz, por lo cual el haz de luz (170) se atenua adicionalmente a un haz de luz atenuado (175) mediante absorcion (i) a un producto de disociacion de las moleculas del segundo compuesto gaseoso o (ii) a un producto de disociacion de las moleculas del segundo compuesto gaseoso excitado en la primera trayectoria optica (160),- detectar un cuarto valor indicativo de una segunda intensidad Ik del haz de luz atenuado (175),- determinar, utilizando el cuarto valor y al menos uno del tercer valor y el primer valor, el contenido del segundo contenido de compuesto gaseoso de la mezcla gaseosa.
- 6. El metodo de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque- el ultimo pulso de luz (710, 710a) comprende fotones que tienen una primera longitud de onda de pulso (Ap1), donde la primera longitud de onda de pulso (Ap1) es a lo sumo 430 nm y al menos un foton (515, 515b) es capaz de excitar la molecula de compuesto gaseoso (510), la molecula de compuesto gaseoso excitado (510b), una parte disociada (530, 534) o una parte disociada excitada a un estado disociativo (512, 531, 535) que tiene una energla de al menos 2,88 eV por encima del estado fundamental de la molecula de compuesto gaseoso (510) o el estado fundamental de la parte disociada (530,534) y/o- el haz de luz (170) comprende fotones que tienen la longitud de onda de haz (Ab), en donde la longitud de onda de haz es a lo sumo 1800 nm.
- 7. El metodo de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque- el haz de luz (170) tiene una primera seccion transversal,- el ultimo pulso de luz (710, 710a) tiene una segunda seccion transversal y- la segunda seccion transversal es mayor que la primera seccion transversal.
- 8. El metodo de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque- la primera trayectoria optica (160) y la segunda trayectoria optica (800) son esencialmente concentricas.
- 9. El metodo de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por- producir la mezcla gaseosa en un proceso termico, en donde el proceso termico es uno de combustion, pirolisis, gasificacion y torrefaccion, en donde la mezcla gaseosa comprende las moleculas de compuesto gaseoso (510).
- 10. Un dispositivo (990) para medir el contenido de un compuesto gaseoso de una mezcla gaseosa, en donde el compuesto gaseoso consiste en moleculas de compuesto gaseoso (510) y la molecula de compuesto gaseoso no es una molecula de haluro alcalino, en donde la molecula de haluro alcalino tiene forma MHa, en donde M es un atomo de metal alcalino del grupo de Li, Na, K, Ru, Cs y Fr y Ha es un atomo de halogeno del grupo de F, Cl, Br, I y At, comprendiendo el dispositivo- una fuente de haz de luz (310), dispuesta para emitir un haz de luz (170) que comprende fotones que tienen una longitud de onda de haz (Ab) y- un fotodetector (320), en donde- una primera trayectoria optica (160) esta dispuesta opticamente entre el fotodetector (320) y la fuente de haz de luz (310),- un espacio (110), a traves del cual la primera trayectoria optica (160) esta dispuesta para correr, se dispone para contener la mezcla gaseosa que absorbe el haz de luz (170),- un haz de luz (170) esta dispuesto para atenuarse a un haz de luz atenuado (175) mediante dicha absorcion del haz de luz (170),- el fotodetector (320) esta dispuesto para detectar un primer valor indicativo de una primera intensidad (L0) del haz de luz atenuado (175),- al menos una primera fuente de pulso de luz (700, 700a), en donde51015202530354045505560caracterizado porque- la fuente de haz de luz (310) es un laser,- la primera fuente de pulso de luz (700, 700a) esta dispuesta para generar un ultimo pulso de luz (710, 710a) que comprende fotones (515) que tienen una primera longitud de onda de pulso (Ap1), al menos parte de los fotones (515) disocian al menos parte de las (i) moleculas de compuesto gaseoso (510), (ii) moleculas de compuesto gaseoso excitadas (510b), (iii) partes disociadas (530, 534) o (iv) partes disociadas excitadas (530, 534) en la primera trayectoria optica (160) en atomos, moleculas, iones o radicales de la primera parte (520) y en otra parte (525, 532, 536), en donde el haz de luz (170) se atenua adicionalmente al haz de luz atenuado (175) mediante absorcion a los atomos, moleculas, iones o radicales de la primera parte (520) en la primera trayectoria optica (160), en donde las partes disociadas (530, 534) han sido producidas opcionalmente a partir de las moleculas de compuesto gaseoso (510) mediante disociacion utilizando al menos otro pulso de luz,- la longitud de onda de haz (Ab) se selecciona de modo que corresponde al perfil de absorcion de la primera parte (520),- el fotodetector (320) esta dispuesto para detectar un segundo valor indicativo de una segunda intensidad (Ik) del haz de luz atenuado (175) y el dispositivo (990) comprende- un primer elemento optico (740), en donde el primer elemento optico (740) esta dispuesto (i) para guiar el haz de luz (170) a la primera trayectoria optica (160) y (ii) para guiar el ultimo pulso de luz (710, 710a) a una segunda trayectoria optica (800) que corre a traves del espacio (110), en donde (iii) la segunda trayectoria optica (800) es esencialmente paralela a la primera trayectoria optica (160) y- una unidad de procesamiento de datos dispuesta para determinar, utilizando el primer valor y el segundo valor, el contenido de compuesto gaseoso en la mezcla gaseosa.
- 11. El dispositivo de la reivindicacion 10, caracterizado porque- la primera fuente de pulso de luz (700, 700a), esta dispuesta para generar el ultimo pulso de luz (710, 710a) que comprende fotones (515) que tienen una primera longitud de onda de pulso (Ap1), al menos parte de los fotones (515) que disocian al menos parte de las (i) moleculas de compuesto gaseoso (510) o (ii) moleculas de compuesto gaseoso excitadas (510b) en la primera trayectoria optica (160) en los atomos, moleculas, iones, o radicales de la primera parte (520) y en otra parte (525).
- 12. El dispositivo de la reivindicacion 10, caracterizado porque el dispositivo (990) comprende- medios para generar un penultimo pulso de luz (710b), en donde- el penultimo pulso de luz (710b) comprende fotones (516) que tienen una segunda longitud de onda de pulso (Ap2), al menos parte de los fotones (516) que disocian al menos parte de (i) las moleculas del compuesto gaseoso (510) o (ii) moleculas del compuesto gaseoso excitado (510b) en la primera trayectoria optica (160) en atomos, moleculas, iones o radicales de la tercera parte (530) y en otra parte (525) y- la primera fuente de pulso de luz (700a) esta dispuesta para generar el ultimo pulso de luz (710a) que comprende fotones (515) que tienen una primera longitud de onda (Ap1), al menos parte de los fotones (515) disocian al menos parte de (i) los atomos, moleculas, iones o radicales de la tercera parte (530) o (ii) atomos, moleculas, iones o radicales de la tercera parte excitada (530) en atomos, moleculas, iones o radicales de la primera parte (520) y en otra parte (532).
- 13. El dispositivo de cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, caracterizado porque- la primera fuente de pulso de luz (700, 700a) es un laser.
- 14. El dispositivo de cualquiera de las reivindicaciones 10 a 13, caracterizado porque- la primera trayectoria optica (160) y la segunda trayectoria optica (800) son esencialmente concentricas.
- 15. El dispositivo de cualquiera de las reivindicaciones 10 a 14, caracterizado porque- la fuente de haz de luz (310) esta dispuesta para emitir un haz de luz (170) que tiene una primera seccion transversal y- la primera fuente de pulso de luz (700, 700a) esta dispuesta para emitir el ultimo pulso de luz (710, 710a) que tiene una segunda seccion transversal, de modo que- la segunda seccion transversal es mayor que la primera seccion transversal.
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