RU2460061C1 - Способ определения состава газовой смеси - Google Patents
Способ определения состава газовой смеси Download PDFInfo
- Publication number
- RU2460061C1 RU2460061C1 RU2011121796/04A RU2011121796A RU2460061C1 RU 2460061 C1 RU2460061 C1 RU 2460061C1 RU 2011121796/04 A RU2011121796/04 A RU 2011121796/04A RU 2011121796 A RU2011121796 A RU 2011121796A RU 2460061 C1 RU2460061 C1 RU 2460061C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- gas mixture
- composition
- luminescence
- gases
- Prior art date
Links
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 40
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 47
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 17
- OZECDDHOAMNMQI-UHFFFAOYSA-H cerium(3+);trisulfate Chemical compound [Ce+3].[Ce+3].[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O OZECDDHOAMNMQI-UHFFFAOYSA-H 0.000 claims abstract description 7
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 claims description 12
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 5
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 abstract description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 238000005390 triboluminescence Methods 0.000 description 9
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 6
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 5
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 5
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 5
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000001443 photoexcitation Effects 0.000 description 3
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 229920002313 fluoropolymer Polymers 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 210000001331 nose Anatomy 0.000 description 2
- 238000003909 pattern recognition Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000000295 emission spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 238000012567 pattern recognition method Methods 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 description 1
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способу определения состава газовой смеси, включающему возбуждение свечения газов и регистрацию интенсивности и спектрального состава свечения. Способ характеризуется тем, что для возбуждения свечения газовой смеси используется механическое воздействие на помещенные в рабочую ячейку кристаллы сульфата церия или сахара. Предлагаемое техническое решение позволяет достаточно просто произвести анализ смеси газов, за счет снижения энергозатрат, упрощения конструкции аппаратуры, используемой для возбуждения свечения газовых смесей, и процедуры анализа, уменьшения его трудоемкости. 6 ил., 2 пр.
Description
Изобретение относится к эмиссионному спектральному анализу, конкретно к способу определения состава газовой смеси.
Может быть использовано для определения состава различных газовых сред, контроля чистоты атмосферы, а также в различных других областях науки и техники, в которых применяется свечение газов.
Известны способы определения состава газов эмиссионным анализом, в которых возбуждение свечения газовой смеси в рабочей ячейке осуществляется при помощи электрического разряда между угольными или металлическими электродами, находящимися под высоким напряжением (Райзер Ю.П. Физика газового разряда. 2-е изд. М.: Наука, 1992, 536 с.). К недостаткам данных способов можно отнести сложность оборудования, необходимость обеспечения стабильности подводимого электрического напряжения и стабильности разряда, требующая регулировки сгорающих в процессе разряда электродов, большое энергопотребление.
Известен также способ определения состава газа на основе акустолюминесценции (Патент SU №1221556, G01N 21/68, 1986). По этому способу возбуждение свечения газов осуществляется при помощи пластинки пьезоэлектрического монокристалла, через которую проходит ультразвуковая волна. Данную пластинку помещают в газовую среду. Для возбуждения ультразвуковой волны к монокристаллу прикладывают напряжение, частота которого, с целью оптимизации условий возбуждения ультразвука, подбирается в соответствии с механическим резонансом по толщине пластинки. Частота возбуждения ультразвука находится в пределах 3-15 МГц. Акустические волны возбуждаются за счет собственного пьезоэффекта в кристаллах. Окружающий монокристалл газ светится при достижении мощности ультразвука 2-5 Вт/см2.
К недостаткам данного способа можно отнести сложности выращивания монокристалла и трудности качественного нанесения электродов на поверхность пьезоэлектрического кристалла.
Известен способ определения состава газа и устройство для его осуществления, содержащее металлооксидный каталитический термохимический сенсор, в конструкцию которого входит газочувствительный каталитический металлооксидный композиционный слой, нагреватель, подключенный к стабилизатору температуры по мостовой схеме, и программируемая логическая интегральная схема для проведения процесса нагрева и охлаждения газочувствительного каталитического металлооксидного слоя сенсора. Устройство дополнительно содержит управляемый источник фотовозбуждения, конструктивно сопряженный с сенсором, способный облучать газочувствительный каталитический металлооксидный слой, и оптически совмещенный с ним. Способ осуществляют следующим образом. Металлооксидный каталитический термохимический сенсор циклически нагревают с двумя разными скоростями и измеряют текущие значения тепловой мощности нагревателя, температуры и проводимости газочувствительного слоя в газовых смесях, содержащих заранее не известные газы при наличии фотовозбуждения, синхронизованного с циклами нагрева. Измеренные величины обрабатывают численными методами на компьютере, находят энергии активации и температуры особых точек и сравнивают их с эталонными данными калиброванных газовых смесей, заранее измеренными, и при их совпадении распознают состав газовой смеси (патент РФ 2209425, МПК G01N 27/12).
Недостатком данного способа является сложность и высокая стоимость как самого сенсора, так и устройств сопряжения с источником фотовозбуждения, а также чтения и обработки сигналов.
Известен способ определения состава газа путем измерения сигнала мультисенсорной системы вида «электронный нос», состоящей из набора химических сенсоров, включающий использование методов распознавания образов, обрабатывающих мультисенсорный сигнал. Процесс идентификации газовой смеси включает на первом этапе калибровку сигнала мультисенсорной системы в газовых смесях известного состава и формирование «базы данных», состоящей из обработанных техникой распознавания образов мультисенсорных сигналов на воздействие калибровочных газовых смесей. В режиме эксплуатации прибора, при воздействии неизвестной газовой смеси или добавки в известную смесь, устройство проверяет с помощью техник распознавания образов соответствие мультисенсорного сигнала на неизвестный газ калибровочным данным, хранящимся в «базе данных», и идентифицирует его (Gardner J.W. A brief history of electronic noses / J.W.Gardner, P.N.Bartlett // Sensors & Actuators B. - 1994. - V.18. - 1-3. - P.211-221).
Для увеличения селективности мультисенсорного сигнала набор сенсоров формируют, как правило, из датчиков различного типа, в результате чего такие устройства имеют ряд существенных недостатков: высокую стоимость, сложные схемы сопряжения сигналов разного типа от различных типов сенсоров, достаточно большие габариты и массу и соответствующие трудности для массового производства таких приборов.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является модернизация способа определения состава газовой смеси, с целью уменьшения энергозатрат, упрощения используемой аппаратуры и процедуры анализа, уменьшения его трудоемкости.
Поставленная задача решается тем, что способ определения состава газа включает возбуждение свечения газов и регистрацию интенсивности и спектрального состава свечения, при этом для возбуждения свечения газовой смеси в рабочей ячейке используется механическое воздействие на кристаллы веществ, отобранных по триболюминесцентным свойствам и помещаемых в ячейку. Предлагается использовать кристаллы сульфата церия и сахара, как одни из наиболее ярко светящихся при механическом воздействии, среди известных по этому свойству материалов (I.Sage, G.Bourhill. J.Mater. Chem. 2001. V.11. P.2312.). Использование сульфата церия является предпочтительным вследствие более высокой интенсивности триболюминесценции, а сахар - наиболее дешевый и легкодоступный материал.
Согласно предлагаемому способу, не требуется подвода электрического напряжения в рабочую ячейку, нет необходимости в выращивании и вырезании специальных пластинок из монокристаллов, не используется высокочастотный генератор сигналов для получения ультразвуковых колебаний, так как свечение анализируемого газа возникает вследствие механического воздействия на кристаллы. Отпадает необходимость использования сложных сенсоров, дополнительного оборудования для их калибровки и обработки сигналов. Отсутствуют сложные процедуры анализа и контроля за стабильностью аппаратуры.
Практическая реализация предлагаемого способа в условиях эксперимента осуществлялась следующим образом.
Для возбуждения триболюминесценции на дно ячейки помещали навеску кристаллов сульфата церия или сахара 200-300 мг, растирали при 800-1200 об/мин по дну кюветы 4-лепестковой мешалкой, изготовленной из фторопластовой трубки диаметром 3 мм. Спектры свечений регистрировали при помощи спектрофлуориметра Aminco-Bowman J4-8202 или спектрофлуориметра на базе монохроматора МДР-23. Детектором света при использовании Aminco-Bowman служил фотоэлектронный умножитель Hamamatsu R3896, а для МДР-23 - ФЭУ-100. В спектрах триболюминесценции при напуске газов (Ar, Не и др.) наблюдаются линии этих газов. Линии аргона в диапазоне длин волн 650-850 нм (фиг.1), гелия при 420-700 нм (фиг.2) и азота 290-450 нм (фиг.3) хорошо согласуются с литературными данными и совпадают с линиями этих газов, наблюдаемыми при электрическом разряде в газах (Зайдель А.Н., Прокофьев В.К., Райский С.М. Таблицы спектральных линий. М.: ГосТехИздат, 1952, 560 с.; Loftus A., Krupenie P.H. The Spectrum of Molecular Nitrogen // Journal of Physics and Chemistry Reference Data. V.6, №1. 1977).
Устройство для анализа газовой смеси изображено на фиг.4. Для возбуждения свечения газов - триболюминесценции - в металлическую ячейку (1) с кварцевым окошком на дне (2) помещают кристаллы, которые растираются на дне ячейки при помощи мешалки из фторопласта (3), вращаемой электродвигателем (4). Ячейка плотно закупорена резиновой пробкой (5). Газ подается в ячейку при помощи трубки (6), подведенной непосредственно к слою кристаллов. Свечение газа, окружающего кристаллы, анализируется стандартной аппаратурой: монохроматором (7), детектором света (8) и компьютером (9).
Примеры осуществления способа
1. На фиг.5 представлен спектр триболюминесценции сульфата церия при напуске смеси аргона с гелием. Для возбуждения триболюминесценции на дно металлической ячейки (1) (фиг.4) помещали 200 мг кристаллов сульфата церия и растирали их (при скорости мешалки 1200 об/мин) по дну кюветы. Напуск смеси газов производился с помощью трубки (6) (фиг.4). Из фиг.5 видно, что в спектре триболюминесценции смеси газов ряд линий в интервале длин волн 490-670 нм соответствуют излучению атома гелия, а более интенсивные линии (670-800 нм) принадлежат атому аргона.
2. На фиг.6 представлен спектр триболюминесценции сахара при напуске смеси аргона с азотом. Для возбуждения триболюминесценции на дно металлической ячейки (1) (фиг.4) помещали 300 мг сахара, растирали при скорости вращения мешалки 800 об/мин. Смесь газов подавали с помощью трубки (6) (фиг.4). В спектре низкого разрешения (фиг.6) лини молекул азота наблюдаются в виде общего континуума в интервале длин волн 290-450 нм, остальные линии (670-800 нм) принадлежат атому аргона.
Предлагаемое техническое решение позволяет достаточно просто произвести анализ смеси газов за счет снижения энергозатрат, упрощения конструкции аппаратуры, используемой для возбуждения свечения газовых смесей, и процедуры анализа, уменьшения его трудоемкости.
Claims (1)
- Способ определения состава газовой смеси, включающий возбуждение свечения газов и регистрацию интенсивности и спектрального состава свечения, отличающийся тем, что для возбуждения свечения газовой смеси используется механическое воздействие на помещенные в рабочую ячейку кристаллы сульфата церия или сахара.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011121796/04A RU2460061C1 (ru) | 2011-05-30 | 2011-05-30 | Способ определения состава газовой смеси |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011121796/04A RU2460061C1 (ru) | 2011-05-30 | 2011-05-30 | Способ определения состава газовой смеси |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2460061C1 true RU2460061C1 (ru) | 2012-08-27 |
Family
ID=46937892
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011121796/04A RU2460061C1 (ru) | 2011-05-30 | 2011-05-30 | Способ определения состава газовой смеси |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2460061C1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2639580C1 (ru) * | 2016-07-25 | 2017-12-21 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт нефтехимии и катализа Российской академии наук | Способ определения углеводородных газов в газовых смесях |
| CN108398420A (zh) * | 2018-01-31 | 2018-08-14 | 华南理工大学 | 发光材料力致发光性能的检测装置 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| UA24027C2 (ru) * | 1994-10-07 | 1998-08-31 | Валерій Емануїлович Орел | Устройство для регистрации механоэмиссии |
| JP2000119647A (ja) * | 1997-11-28 | 2000-04-25 | Agency Of Ind Science & Technol | 発光材料、その製造方法及びそれを用いた発光方法 |
-
2011
- 2011-05-30 RU RU2011121796/04A patent/RU2460061C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| UA24027C2 (ru) * | 1994-10-07 | 1998-08-31 | Валерій Емануїлович Орел | Устройство для регистрации механоэмиссии |
| JP2000119647A (ja) * | 1997-11-28 | 2000-04-25 | Agency Of Ind Science & Technol | 発光材料、その製造方法及びそれを用いた発光方法 |
| JP3136340B2 (ja) * | 1997-11-28 | 2001-02-19 | 工業技術院長 | 発光材料、その製造方法及びそれを用いた発光方法 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2639580C1 (ru) * | 2016-07-25 | 2017-12-21 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт нефтехимии и катализа Российской академии наук | Способ определения углеводородных газов в газовых смесях |
| CN108398420A (zh) * | 2018-01-31 | 2018-08-14 | 华南理工大学 | 发光材料力致发光性能的检测装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11448676B2 (en) | Spin-based electrometry with solid-state defects | |
| Schmitt et al. | Raman spectroscopy at the beginning of the twenty‐first century | |
| Šimek et al. | Influence of power modulation on ozone production using an AC surface dielectric barrier discharge in oxygen | |
| Traverso et al. | Two-photon infrared resonance can enhance coherent Raman scattering | |
| WO2018121146A1 (zh) | 一种提高激光探针中碳元素检测灵敏度的方法 | |
| RU2460061C1 (ru) | Способ определения состава газовой смеси | |
| Wei et al. | Influence of duty cycle on ozone generation and discharge using volume dielectric barrier discharge | |
| JP2020534515A (ja) | マイクロ波共振空洞 | |
| Ye et al. | Calibration-free near-infrared methane sensor system based on BF-QEPAS | |
| Li et al. | Surface-enhanced Raman spectroscopy differences of saliva between lung cancer patients and normal people | |
| Li et al. | Comparison of ozone production in planar DBD of different modes | |
| Ivanov et al. | A low-temperature quartz microbalance | |
| Shultz et al. | Multiplexed polarization spectroscopy: Measuring surface hyperpolarizability orientation | |
| Bugs et al. | Analysis of the Ethidium Bromide Bound to DNA by Photoacoustic and FTIR Spectroscopy¶ | |
| Payne et al. | Laser phosphoroscope and applications to room-temperature phosphorescence | |
| Gimmler et al. | Free-jet infrared diode laser spectroscopy of the ν2-band of the Ar–N2O van der Waals complex | |
| Meng et al. | Probing the anisotropy of shale by the voltaic response of laser-induced plasma | |
| Chrobak et al. | Comparison of the CRLC models describing the helmholtz type cells for the nondestructive photoacoustic spectroscopy | |
| Brown et al. | Raman spectroscopy of the ν1 N–H stretch fundamental in isocyanic acid (HNCO): State mixing probed by photoacoustic spectroscopy and by photodissociation of vibrationally excited states | |
| Guss et al. | Laser-induced fluorescence excitation and dispersed fluorescence spectroscopy of the à (1 B 1)–X [combining tilde](1 A 1) transition of dichlorocarbene | |
| CN100510716C (zh) | 一种由周期性任意波形激发测量荧光寿命的方法及装置 | |
| CN103645450A (zh) | 一种利用时间分辨荧光光谱表征物质磁效应的方法和装置 | |
| Alvi et al. | Dissociation and recombination processes in lactose monohydrate detected by THz time-domain spectroscopy | |
| Mendham et al. | Vibrational spectroscopy and crystal structure analysis of two polymorphs of the di‐amino acid peptide cyclo (L‐Glu‐L‐Glu) | |
| Rousier et al. | T-REX: a portable device to detect and identify explosives vapors |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130531 |