RU2474811C1 - Способ обнаружения зараженности различных поверхностей токсичными химикатами пассивными инфракрасными спектрометрами дистанционного действия - Google Patents
Способ обнаружения зараженности различных поверхностей токсичными химикатами пассивными инфракрасными спектрометрами дистанционного действия Download PDFInfo
- Publication number
- RU2474811C1 RU2474811C1 RU2011140007/28A RU2011140007A RU2474811C1 RU 2474811 C1 RU2474811 C1 RU 2474811C1 RU 2011140007/28 A RU2011140007/28 A RU 2011140007/28A RU 2011140007 A RU2011140007 A RU 2011140007A RU 2474811 C1 RU2474811 C1 RU 2474811C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- substance
- passive infrared
- remote passive
- toxic chemicals
- detecting contamination
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Изобретение относится к оптическим методам измерения физико-химических характеристик газовых сред. Проводится регистрация в ИК-диапазоне спектров поглощения паров токсичных веществ и их идентификация по максимальному коэффициенту корреляции спектра сигнала с образцовыми спектрами базы данных. Сканирование сигнала осуществляют в оптической насадке, проводящей разогрев индицируемой поверхности, возгонку сорбированного вещества и его концентрацию в узком оптическом тракте, а также дающей большой температурный контраст на трассе наблюдения индицируемого вещества для повышения чувствительности метода обнаружения. Наличие теплового контраста позволяет повысить чувствительность дистанционных приборов химической разведки пассивного типа. 4 ил., 3 табл.
Description
Изобретение относится к оптическим методам измерения физико-химических характеристик газовых сред. Техническим результатом является разработка способа обнаружения зараженности различных поверхностей токсичными химикатами (ТХ) пассивными инфракрасными (ИК) спектрометрами дистанционного действия с применением оптической насадки.
В современных условиях идет интенсивное развитие дистанционных средств контроля зараженности парами ТХ атмосферы на основе пассивных инфракрасных спектрометров (М21, JSLSCAD, RAPID, ПХРДД-1(2, 3) и другие). Но вопросы индикации зараженности ТХ различных поверхностей являются до настоящего времени недостаточно решенными.
Для определения зараженности поверхности ТХ используются различные подходы. В одних предполагается отбор пробы с последующим ее анализом в стационарной аналитической лаборатории, в других проводится использование технических устройств для анализа атмосферы по вторичным парам ТХ над зараженной поверхностью с помощью индикаторных трубок или газоанализаторов, работающих на методе спектрометрии ионной подвижности. В случае обнаружения на поверхности подозрительных жидких капель возможно применение для их индикации индикаторных бумажек или элементов. Однако эти подходы обладают рядом существенных недостатков: длительностью времени в проведении анализа, низкой специфичностью, низкой производительностью, потребностью в расходных материалах и так далее.
Одним из наиболее эффективных методов контроля зараженности ТХ различных поверхностей является применение бортового мобильного масс-спектрометра ММ-1 фирмы Брюкер [1]. Прибор предназначен для определения паров ТХ в воздухе и на различных поверхностях в жидкой фазе. Унифицированная изолированная система отбора проб обеспечивает проведение анализа как на месте, так и в движении. Система полностью управляется бортовым компьютером, база данных содержит информацию о 150 соединениях. Чувствительность определения находится на уровне 10 мг/м2 по поверхностному заражению. Однако и этот метод имеет свои недостатки, связанные со сложностью пробоотбора, невозможностью проведения анализа с впитавшей капли ТХ поверхности, длительностью анализа.
В настоящее время как у нас в стране, так и за рубежом наиболее перспективным дистанционным методом контроля загрязнений атмосферы ТХ является пассивная ИК-спектрометрия. Классическое их предназначение - обнаружение паров ТХ в атмосфере [2].
Следует отметить, что физические принципы, заложенные в основу принципа действия пассивных ИК-спектрометров, алгоритмы регистрации и обработки спектральной информации ориентированы на работу в условиях приземных наклонных трасс и незначительных температурных контрастов.
Как видно из (см. фиг.1), спектральная мощность энергетической яркости излучения, регистрируемого прибором Ввх(ν, β, ΔТ), состоит из трех компонентов:
- яркость фонового излучения атмосферы Вф(ν, β, Тф), где β - угол места локации, ослабленного, согласно закону Бугера-Ламберта, в облаке со спектральным пропусканием τ(ν) и на атмосферной трассе наблюдения с пропусканием τа(ν);
- излучение облака, равное, по закону Кирхгофа, BAЧT(ν, Ta)(1-τ(ν)), ослабленное на той же трассе;
- собственное излучение трассы ВАЧТ(ν, Та)(1-τа(ν)).
То есть
Bвх(ν, β, ΔT)=Вф(ν, β, Тф)τ(ν)τa(ν)+ВАЧТ(ν, Та)(1-τ(ν)) τa(ν)+ВАЧТ(ν, Та)(1-τа(ν))
Это определяет способность таких приборов регистрировать и идентифицировать загрязняющие приземную атмосферу вещества, находящиеся в парогазовом состоянии.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ, реализованный в Фурье-спектрометре с охлаждаемым ИК-приемным каналом и разработанный под руководством А.Н.Морозова авторским коллективом ЦПФ МГТУ им. Н.Э.Баумана в 2004 под названием ПХРДД-2 [2]. Прибор обладает большой светосилой, позволяет одновременно регистрировать протяженные участки оптического спектра за короткое время и обеспечивает возможность ведения одновременной индикации достаточно широкого перечня токсичных веществ и определения смесей веществ с оценкой концентрации каждого компонента в паровой фазе на значительных расстояниях при наличии малых тепловых контрастов (около 2°С).
Быстродействие прибора не более 1 с обеспечивает своевременное обнаружение объектов индикации.
Чувствительность прибора, в главной степени, зависит от чувствительности ИК-приемной системы и составляет для паров ТХ при интегральной плотности паров в облаке не менее 50 мг/м2. На чувствительность системы также будут оказывать влияние степень заполнения облаком паров индицируемого вещества поля зрения, концентрация паров, уровень теплового контраста.
В 2009 году ими же разработан прибор ПХРДД-3 с неохлаждаемым ИК-приеником. Данный прибор является аналогом ПХРДД-2 с уменьшенными массой, габаритными размерами и энергопотреблением, что позволило образец сделать в носимом варианте.
Нами разработан способ обнаружения зараженных поверхностей ТХ на основе применения насадки и прибора ПХРДД-2(3), наряду с решением их традиционных задач.
Насадка представляет собой фиксированную в ИК-канале прибора трубку с раструбом (см. фиг.2) и нагревательным элементом на конце трубки (см. фиг.3).
Наличие трубки позволяет концентрировать возгоняемое вещество в узком объеме поля зрения прибора. Диаметр трубки определяется диаметром поля зрения прибора, а длина трубки - удобством эксплуатации устройства. Раструб на конце трубки позволяет с большей площади поверхности проводить возгонку вещества и концентрировать его в трубке, изолировать от окружающей атмосферы возгоняемые пары, а также избегать возможности прямого контакта нагревательного элемента с анализируемой поверхностью.
Нагревательный элемент может нагреваться до температур, при которых не происходит разложение анализируемого вещества. В нашем случае он нагревался до температуры около 150°С напряжением 12 В, не касаясь поверхности на расстоянии 3-5 мм. Нагревательный элемент выполняет две функции:
- разогревает индицируемую поверхность и таким образом возгоняет сорбированное вещество;
- служит большим температурным контрастом для возможности обнаружения на трассе наблюдения индицируемого вещества.
Наличие такого теплового контраста позволяет значительно повысить чувствительность дистанционных приборов химической разведки пассивного типа в сравнении с чувствительностью прибора при работе с использованием естественного теплового контраста.
Для апробирования способа нами была разработана экспериментальная установка (см. фиг.4), представляющая собой прибор ПХРДД-2, соединенный и съюстированный с оптической насадкой.
Экспериментальную оценку способа мы проводили на различных поверхностях: песчаный грунт, деревянная поверхность (фанера), обмундирование. Эксперимент проводили с использованием веществ, имеющихся в базе данных прибора ПХРДД-2: ацетон, этанол, изопропанол. База данных может пополняться.
На индицируемую поверхность наносились с помощью медицинского шприца три капли индицируемого вещества весом около 20 мг на площадь 20 см2. Выдерживалось около 5 мин и проводилось зондирование зараженной поверхности с помощью прибора ПХРДД-2. Для соблюдения условий юстировки прибор и раструб находились в фиксированном положении в штативах, а индицируемая поверхность подводилась к раструбу с нагревательным элементом.
Результаты экспериментов представлены в таблицах 1-3.
Таблица 1 | |||
Обмундирование | |||
Вещество | Плотность концентрации, мг/м2 | Коэффициент корреляции | Среднеквадратическое отклонение |
Этанол | 3766 | 0,85 | ±181 |
3400 | |||
3540 | |||
3369 | |||
Изопропанол | 1388 | 0,88 | ±65 |
1429 | |||
1539 | |||
1475 | |||
Ацетон | 1171 | 0,90 | ±62 |
1313 | |||
1240 | |||
1195 |
Таблица 2 | |||
Дерево | |||
Вещество | Плотность концентрации, мг/м2 | Коэффициент корреляции | Среднеквадратическое отклонение |
Этанол | 2188 | 0,85 | ±312 |
2859 | |||
2831 | |||
2569 | |||
Изопропанол | 440 | 0,88 | ±58 |
564 | |||
444 | |||
477 | |||
Ацетон | 1135 | 0,90 | ±72 |
1129 | |||
1285 | |||
1194 |
Таблица 3 | |||
Песчаный грунт | |||
Вещество | Плотность концентрации, мг/м2 | Коэффициент корреляции | Среднеквадратическое отклонение |
Этанол | 2336 | 0,86 | ±142 |
2647 | |||
2452 | |||
2357 | |||
Изопропанол | 889 | 0,88 | ±92 |
869 | |||
689 | |||
773 | |||
Ацетон | 2762 | 0,89 | ±533 |
3929 | |||
3387 | |||
2854 |
Литература
1. Сивцов Г.А., Кауров Н.Е., Политов Ю.Н., Таранченко В.Ф., Цехмистер В.И. Система технических средств химической разведки и химического контроля армий стран НАТО. - М.: ВУРХБЗ, 2003, 120 с.
2. Морозов А.Н. Основы фурье-спектрорадиометрии / Под ред. Васильева Г.К. - М.: Наука, 2006, 275 с.
Claims (1)
- Способ обнаружения зараженности различных поверхностей токсичными химикатами пассивными инфракрасными спектрометрами дистанционного действия с применением оптической насадки, заключающийся в регистрации в ИК диапазоне спектров поглощения паров токсичных веществ, их идентификацию по максимальному коэффициенту корреляции спектра сигнала с образцовыми спектрами базы данных, отличающийся тем, что с помощью нагревательного элемента, служащего большим температурным контрастом и размещенного на конце трубки оптической насадки, проводят возгонку сорбированного вещества и его концентрирование в узком оптическом тракте, а затем осуществляют сканирование сигнала.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011140007/28A RU2474811C1 (ru) | 2011-09-30 | 2011-09-30 | Способ обнаружения зараженности различных поверхностей токсичными химикатами пассивными инфракрасными спектрометрами дистанционного действия |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011140007/28A RU2474811C1 (ru) | 2011-09-30 | 2011-09-30 | Способ обнаружения зараженности различных поверхностей токсичными химикатами пассивными инфракрасными спектрометрами дистанционного действия |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2474811C1 true RU2474811C1 (ru) | 2013-02-10 |
Family
ID=49120515
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011140007/28A RU2474811C1 (ru) | 2011-09-30 | 2011-09-30 | Способ обнаружения зараженности различных поверхностей токсичными химикатами пассивными инфракрасными спектрометрами дистанционного действия |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2474811C1 (ru) |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1993019357A1 (en) * | 1992-03-20 | 1993-09-30 | Aerojet-General Corporation | Remote active vapor concentration measurement system |
RU98123323A (ru) * | 1998-12-24 | 2000-09-27 | Войсковая часть 61469 | Способ дистанционного обнаружения отравляющих веществ |
US6477907B1 (en) * | 1998-12-03 | 2002-11-12 | Sandia Corporation | Detection of explosives in soils |
JP2004251690A (ja) * | 2003-02-19 | 2004-09-09 | Nippon Steel Corp | 放射赤外分光分析方法 |
RU46858U1 (ru) * | 2005-03-16 | 2005-07-27 | Закрытое акционерное общество "Спецприбор" | Ионизационный газосигнализатор для обнаружения локальных зон загазованности и участков поверхности, зараженных токсичными веществами |
RU2313779C2 (ru) * | 2005-08-15 | 2007-12-27 | Войсковая часть 61469 | Корреляционно-экстремальный способ дистанционного мониторинга загрязняющих веществ |
RU2342648C1 (ru) * | 2007-06-28 | 2008-12-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности "Гиредмет" | Способ определения ртути в твердой золотой матрице |
-
2011
- 2011-09-30 RU RU2011140007/28A patent/RU2474811C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1993019357A1 (en) * | 1992-03-20 | 1993-09-30 | Aerojet-General Corporation | Remote active vapor concentration measurement system |
US6477907B1 (en) * | 1998-12-03 | 2002-11-12 | Sandia Corporation | Detection of explosives in soils |
RU98123323A (ru) * | 1998-12-24 | 2000-09-27 | Войсковая часть 61469 | Способ дистанционного обнаружения отравляющих веществ |
JP2004251690A (ja) * | 2003-02-19 | 2004-09-09 | Nippon Steel Corp | 放射赤外分光分析方法 |
RU46858U1 (ru) * | 2005-03-16 | 2005-07-27 | Закрытое акционерное общество "Спецприбор" | Ионизационный газосигнализатор для обнаружения локальных зон загазованности и участков поверхности, зараженных токсичными веществами |
RU2313779C2 (ru) * | 2005-08-15 | 2007-12-27 | Войсковая часть 61469 | Корреляционно-экстремальный способ дистанционного мониторинга загрязняющих веществ |
RU2342648C1 (ru) * | 2007-06-28 | 2008-12-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности "Гиредмет" | Способ определения ртути в твердой золотой матрице |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Морозов А.Н. Основы Фурье-спектрорадиометрии. - М.: Наука, 2006, с.147-156. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8421018B2 (en) | Detection of chemicals with infrared light | |
US20110271738A1 (en) | Analyte detection with infrared light | |
US5298751A (en) | Remote active vapor concentration measurement system and method thereof | |
US20100267010A1 (en) | Method and Apparatus for Real-Time Analysis of Chemical, Biological and Explosive Substances in the Air | |
US20160041101A1 (en) | Method and device for detecting and identifying not easily volatilized substances in a gas phase by means of surface-enhanced vibration spectroscopy | |
US7262414B1 (en) | Thermal luminescence surface contamination detection system | |
CN103852446B (zh) | 一种基于光腔衰荡光谱技术的血液成分识别与分析仪器 | |
JP2004361383A (ja) | 化学的及び生物学的物質の検出及び分析 | |
WO2023115846A1 (zh) | 痕量气体采样设备及探测系统 | |
CN110108778A (zh) | 一种挥发性有机物的uv-faims定量检测方法 | |
RU2474811C1 (ru) | Способ обнаружения зараженности различных поверхностей токсичными химикатами пассивными инфракрасными спектрометрами дистанционного действия | |
Zhang et al. | Water vapor detection system based on scanning spectra | |
EP2350635B1 (en) | Ammonium salts as ims positive mode calibrants/reactants | |
CN106404708A (zh) | 一种基于红外光谱的毒品滥用微传感器 | |
Bryant et al. | Chemical agent identification by field-based attenuated total reflectance infrared detection and solid-phase microextraction | |
Pevzner et al. | Sonic-spray introduction of liquid samples to hand-held Ion mobility spectrometry analyzers | |
US11105733B2 (en) | Analyte sensor and method of use | |
NL2031837B1 (en) | Method to combine optical imaging spectroscopy and analytical spectrometry | |
Chubchenko et al. | Features of determining the isotope composition of carbon in gaseous, liquid, and solid media | |
KR100518810B1 (ko) | 샘플의 화학성분을 분석하는 분석시스템 및 그 분석방법 | |
Terziev et al. | Human health prevention by detection and quantification of toxic chemical compounds | |
RU144573U1 (ru) | Спектрорадиометрическая установка беспробоотборного контроля зараженности окрашенных лакокрасочными покрытиями поверхностей различных объектов и автотракторной техники стойкими токсичными химическими веществами | |
CN104713955A (zh) | 一种检测水中的1,4-二恶烷的方法 | |
JP2007212167A (ja) | 付着物質分析装置および付着物質分析方法 | |
Ghorashi et al. | Signal-to-noise enhancement in TSSI–GC–IMS: Development of two dimensional sensor for detection of chemicals |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20131001 |