SE410767B - Sett att verkstella en snabb geokemisk utverdering av ett omrade pa jorden fran en rorlig farkost - Google Patents

Description

'7403590-8 naste patentet 3 462 995 har man försökt att eliminera dessa olägen- heter genom att använda ramar med pâlindade långa stycken av tunn nylontråd, såsom fiskelina. Ramarna bogseras av flygplanet, och en anordning sänker en ram samtidigt som den lyfter en annan, så att partikelprovtagning sker på en mer eller mindre kontinuerlig basis.

Efter uppsamling men före analys koncentreras partiklarna, antingen genom föraskning av nylontrâdarna eller genom dragning av nylontrå- den över en dyna för partikelvidhäftning. Ehuru detta arrangemang på- stås vara en förbättring framför det tidigare nämnda arrangemanget, erfordras i praktiken fortfarande en lång tid för uppsamling av par- tiklarna, (t ex 5 min) innan ett nytt prov tages, så att systemets upplösning är nödvändigtvis mycket låg.

Enligt föreliggande uppfinning intages en stor luftvolym med at- mosfäriska partiklar per tidsenhet, varefter partiklarna koncentre- ras i hög grad medan de rör sig i en ström, innan de uppsamlas på en rörlig remsa (i stället för först uppsamling och sedan koncentrering såsom vid arrangemangen enligt de ovannämnda patenten) elier innan de analyseras (där analysen genomföres kontinuerligt under flyg- ningen). Systemet är ytterst känsligt, och användningen av systemet har lett till ett antal oväntade och viktiga upptäckter, inbegripande följande. För det första observerades starka anomalier över kända ; 9ruV0r i områden med tät vegetation, för det andra observerades kol- väteanomalier över havet och för det tredje är de observerade atmos- färiska geokemiska anomalierna över kända gruvor oftast mycket skar- pa och lokaliserade och ger i många fall en starkare kontrast än vad som erhålles genom konventionell markgeokemisk analys.

En föredragen utföringsform av uppfinningen kommer att beskrivas i det följande under hänvisning till bifogade ritning. Fig l visar schematiskt en utföringsform av uppfinningen och fig 2 visar schema- ; tiskt en strâlpump i fig l.

En partikelkoncentrator 10 har ett inlopp ll för en luftström med partiklar. Pilen 12 indikerar luftströmmens riktning. Koncentra- torn 10 kan installeras med vilket som helst lämpligt läge i ett flygplan eller annan farkost exempelvis under en vinge eller i nosen, med inloppet ll vänd i flygriktningen, så att den största möjliga luftvolymen mottages av koncentratorn 10 per tidsenhet. Företrädes- vis är koncentratorn 10 så dimensionerad, att cirka 10 m3/min luft passerar genom inloppet ll. Generellt sett, ju större volymflöde av inkommande luft desto bättre. Naturligtvis kan farkostens såsom flyg- planets dimensioner utgöra en begränsande faktor uppåt. Vidare kan 7403590-8 tvâ uppsamlare utnyttjas om flygplanets kapacitet medger det.

Strömmande från koncentratorns 10 inlopp ll träffar luften väg- gar 13 hos koncentratorn 10 med hög hastighet och partiklarna stud- sar från väggarna 13 mot koncentratorns 10 spets. Väggarna 13 kan arrangeras att bilda en pyramid eller en kon, och väggarna 13 består av plåt som har skurits och bearbetats för bildning av ett flertal smala spjälor 14, som är anordnade med spetsig vinkel i den inkomman- de luftens riktning. Detta arrangemang möjliggör luftgenomgång genom spjälorna 14, medan de flesta partiklarna hindras från genomgång, eftersom de har en avsevärd tröghet och saknar förmåga att vända runt de skarpa vinklarna, vilket erfordras för att de skall kunna undfly spjälorna 14. Mycket små partiklar (t ex med mindre diameter än en mikron) medbringas av luften och undflyr spjälorna 14 tillsammans med luften. Lämpligen dimensioneras spjälorna 14 så, att den vändra- die som erfordras för att en partikel skall kunna tränga genom en öppning i spjälverket är minimal, så att statiskt de flesta partiklar- na slår mot väggarna 13 hos koncentratorn 10 och hindras från att tränga genom öppningarna mellan spjälorna 14. Det har visat sig att cirka 2 cm långa och 4 mm breda öppningar ger tillfredsställande re- sultat. Företrädesvis är vinkeln mellan spjälorna 14 och väggen 13 cirka 3o°.

En koncentrerad partikelström utkommer från det spetsiga utlop- pet l5 av koncentratorn 10 och matas via ett rör 16 till en strål- pump 17, som visas mera detaljerat i fig 2. Strâlpumpens 17 uppgift är att skapa ytterligare sug i systemet för att underlätta transpor- ten av den koncentrerade strömmen av partiklar. En luftström med hög halt av partiklar inkommer i strålpumpen 17 (fig 2) genom ett inlopp 18 och passerar genom ett i strömningsriktningen riktat mun- stycke 19, som är anslutet till en källa 20 för tryckluft, såsom en konventionell pump eller behållare med komprimerad luft. En konisk sikt 21 är anbragt med sin öppna spets i närheten av ett utlopp 22, så att strömmen av luft och koncentrerade partiklar kan passera ge- nom utloppet 22. Sikten 21 består av tunn metallplåt av cirka 200 mesh (79 öppningar per cm), och sikten 21 hindrar partiklar från att undkomma genom öppningar 23 i strålpumpens 17 väggar, vilka öpp- ningar 23 är anordnade för att medge utströmning av överskottsluft från munstycket 19. Med optimalt höjdläge av munstycket 19 kan ett sug av mellan cirka 203 och 229 mm vp uppnås. ' Det är önskvärt att bestämma massflödet av strömmen av koncentre- rade partiklar för att erhålla ett mått för normalisering. Detta kan 7403590-8 åvägabringas, åtminstone approximativt, medelst en konventionell par- tikelräknare 24 av ljusspridningstyp, som vanligen används för be- stämning av partikelkoncentrationer på dynamisk basis. Räknaren el- ler monitorn 24 avger ett ljusknippe (t ex från en laserkälla), som belyser partiklarna och bestämmer ljuset som sprides av partiklarna.

Räknaren 24 kan installeras mellan koncentratorn 10 och strâlpumpen 17. Alternativt eller förutom det ovan nämnda kan systemet normali- seras mot ett vanligt förekommande element eller en vanligt förekom- mande förening som inte är förknippad med mineralisering, såsom si- likater vid landsystem och klor vid havssystem. I sådana fall bestäm- p mes silikat- eller klorhalten av partiklarna separat, och mätningen på de förut bestämda elementen eller föreningarna av intresse jämfö- res med mätningen av det nämnda vanliga elementet. Normalisering är emellertid icke en absolut nödvändighet, eftersom användbara resul- tat har kunnat uppnås utan normalisering.

Från strålpumpen 17 rör sig i strömmen av koncentrerade partik- lar i ett rör 25, som är förbundet med två rör 26 och 27. Ventiler 28 och 29 i rören 26 och 27 är anordnade att släppa strömmen av koncen- trerade partiklar genom ettdera av eller båda rören 26 och 27. Röret 27 är via ventilen 29 förbundet med ett munstycke 30, vilket de kon- centrerade partiklarna lämnar via ett utlopp 31. Munstycket 30 har , diagonalt sig sträckande luftkanaler 3la för bortföring av en vä- sentlig mängd luft från partikelströmmen.

Från munstycket 30 riktas partiklarna mot och uppfångas av en bindemedelöverdragen kontinuerlig remsa 32, som är lindad på en ma- tarrulle 33 och en upptagningsrulle 34. Remsan 32 består företrädes- vis av en tunn stark plast, som är relativt ogenomtränglig för och obenägen att reagera med en lakningslösning (beskrivs nedan), som efterhand anbringas på remsan 32. En lämplig remsa utgöres av en po- lyesterremsa No. S83 från 3M Corporation. Denna remsa kan erhållas i rullar med tryckkänsligt bindemedel på den ena sidan. Remsan 32 och dess bindemedelöverdrag måste vara icke-kontaminerande, dvs den efterföljande analysen av partiklarna på specifika element och föreningar får icke pâverkas av bandmaterialet eller bindemedelsskik- tet.

Det är önskvärt att skydda partiklarna från atmosfären efter upp- samling. Detta kan åstadkommas med hjälp av en remsa 35 som är lin- dad på en matarrulle 36 och som styres av flera styrrullar 37, så att remsan 35 löper parallellt med remsan 32 nedströms om munstycket 31, och sedan remsorna 32 och 35 hoppressats,upplindas de tillsam- 7403590-8 mans på upptagningsrullen 34. Den yta av remsan 35 som är i beröring med den bindemedelöverdragna ytan av remsan 32 är företrädesvis be- lagd med ett icke-kontaminerande frigöringsmedel för bindemedlet ifråga (såsom en silikonkomposition), så att de två remsorna 32 och 35 kan lätt dragas isär före analys av partiklarna, utan någon be- tydande förlust av partiklar på remsan 32. Luftutsläppskanalerna 3la i munstycket 30 är anordnade med en vinkel mot riktningen av partikel- strömmen genom munstycket 30 så att partiklarna kan icke vända runt den skarpa vinkeln som erfordras för att undkomma genom kanalerna 3la, varför partiklarna fortsätter att röra sig i sina raka banor genom utloppet 31 och träffar remsan 32. Genom att avföra överskotts- luft genom kanalerna 3la får partiklarna mindre strävan att svepas förbi remsan 32 i turbulent luft.

Partiklarna kan analyseras genom att anbringa en droppe av ett lämpligt reagens på ökande partier av remsan, vilken droppe låtes kvarbli på remsan några få sekunder, tills partiklarna har urlakats i tillräcklig omfattning, varefter droppen avsuges och analyseras på förutbestämda element eller föreningar i något konventionellt foto- metriskt analysinstrument, såsom en atomabsorptionsspektrometer. Ty- piska element som kan analyseras på detta sätt inbegriper koppar, bly, zink, silver och nickel.

Remsan 32 kan bringas att röra sig kontinuerligt eller stegvist.

I vardera fallet måste bandhastigheten vara sådan, att grupper av partiklar som uppsamlats under perioder av l5 s eller kortare tid kan separat analyseras, och företrädesvis bör perioden vara så kort som 5 eller 6 sek eller till och med kortare för erhållande av en hög upplösningsgrad.

Det skall framhållas, att även andra remstyper kan användas för lagring av partiklarna före analys. Exempelvis kan utnyttjas en rem- sa bestående av polytetrafluoreten som har förts genom en koronaur- laddning för att den skall erhålla en elektrostatisk laddning. Den elektrostatiska laddningen attraherar och fasthåller partiklarna utan behov av ett bindemedel. Alternativt kan remsan bestå av ett lämpligt filterpapper med tillräckligt små porer för att fånga cirka en mikron stora eller större partiklar.

Den ovan beskrivna delen av systemet erfordrar laboratorieanalys av de på remsan 32 uppsamlade partiklarna. Emellertid är det möjligt att analysera några ämnen, t ex kvicksilver, svavel, kolväteradikaler och dylikt i realtíd,dvs omedelbart sedan partiklarna har uppsamlats, i själva övervakningsflygplanet eller farkosten av annat slag. Detta '7403590-8 kan åstadkommas med hjälp av den nedan beskrivna systemdelen.

Strömmen av luft och partiklar som lämnar ventilen 28, då den är öppen, passerar genom ett rör 38 till en överföringsenhet 39, som be- skrives i detalj i den svenska patentskriften 7300348-5. Funk- tionen av överföringsenheten 39 är att överföra partiklar från luft- strömmen till en ström av inert bärgas, såsom argon, för att under- lätta den efterföljande analysen. Detta uppnås genom ett arrangemang av inre kanaler i överföringsenheten 39, så att luftströmmen bringas att träffa en ström av ren argon, varvid luftströmmen böjes tillbaka med en spetsig vinkel och partiklarna bringas därigenom att intränga i argonströmmen beroende på sin tröghet. Argon, lagrad under tryck i en flaska 40, matas via ett rör 41 till överföringsenheten 39. Par- tiklarna överföres då till argonströmmen och passerar från överfö- ringsenheten 39 till ett rör 42. Avloppsluft avgår genom ett rör 43.

Partiklarna i argonströmmen passerar sedan till en kvartsflaska 44, som är tätt omsluten av en högtemperaturresistansvärmetråd 45, som är inbäddad i ett lämpligt högtemperaturbruk. Elektrisk ström matas till tråden 45 för värmning av partiklarna till åtminstone 800°C.

Vid denna temperatur förflyktigas många viktiga beståndsdelar av par- tiklarna, såsom kvicksilver och kolväteradikaler. Det förflyktigade materialet lämnar flaskan 44 och strömmar genom ett rör 46 till en : konventionell resonansstrålningscell 47 med ett fönster 48, genom vilket ljus från en vald källa, såsom en kvicksilverånglampa 49, bringas att upplysa de heta gaserna och ångorna i cellen 47. Det är önskvärt att placera ett interferensfilter 50 mellan lampan 49 och fönstret 48 i cellen 47 för att dämpa allt ljus förutom 2537A-kvick- silverlinjen från lampan 49. Om kvicksilveratomer är närvarande i cellen 47, absorberar de ljus från lampan 49 och reemitterar reso- nansstrålning i alla riktningar. Ett fönster 51, som företrädesvis är anbragt med rät vinkel mot fönstret 48, tillåter mätning av reso- nansstrålning medelst en fotodetektor 52, såsom en fotomultiplikator anbragt mittför fönstret 51.

För bestämning av kolväteradikaler är en plasmatub 57 placerad nedströms om cellen 47. Ett par åtskilda elektroder 53 är anordnade i plasmatuben 57 och är anslutna till en lämplig högspänningskälla 54. Plasmats tändspänning är typiskt cirka 1200 V med en underhålls- spänning av cirka 400 V. Ett interferensfilter 55 är anbragt i när- heten av plasmatuben 57, och det låter ljus av vald våglängd, t ex CH-molekylens 43l3Å-band, passera. Ljus som har passerat genom filt- ret 55 faller på en lämplig fotodetektor 56, såsom en fotomultipli-

Claims (3)

7403590-8 kator. Fotodetektorernas 52 och 56 utsignaler består av elektriska spänningar, som kan förstärkas, elektroniskt behandlas och uppteck- nas på något konventionellt sätt. Den ovan beskrivna apparaten kan installeras i någon lämplig far- kost, såsom ett flygplan med en dimension och räckvidd som är lämpad för övervakningsarbete. Typiska flyghöjder är cirka 65-130 m, men intressanta resultat har uppnåtts på ännu större höjder. Det är önskvärt att koncentrera partiklarna åtminstone med en faktor av cirka 100 och företrädesvis större. Den ovan beskrivna kon- centratorn är i stånd att koncentrera i storleksordningen 200 000 till l, dvs förhållandet mellan den inkommande luften och utgående luften är cirka 200 000 till l. I beskrivningen ovan inbegriper uttrycket "mineralfyndigheter“ metallinnehållande och icke-metallinnehållande malmer, kolvätefyn- digheter (inbegripande olja, gas och kol) och geotermala fyndighe- ter. PATENTKRAV

1. Sätt att verkställa en snabb geokemisk utvärdering av ett område på jorden från en rörlig farkost vid vilket sätt följande åtgärder genomföres: a) vid bestämda ställen mottages en luftström med atmosfäriska partiklar, varvid volymflödet av luftströmmen är åtminstone cirka 10 m3/min, b) partiklarna koncentreras omedelbart efter det att de har mottagits, c) de koncentrerade partiklarna successivt analyseras på förut- bestämda element eller föreningar, och d) de analyserade partiklarna sättes i relation till de bestämda ställena för att därigenom möjliggöra lokalisering inom det nämnda området av källan för partiklarna, k ä n n e t e c k n a t därav, att de successiva analyserna vardera utföres på partiklar som mot- togs under perioder av icke längre än vardera 15 s, för vilket ända- mål de koncentrerade partiklarna före analys avsättes på en remsa, som bringas att röra sig med en sådan hastighet att separata ana- lyser kan utföras på partiklar som mottogs under de längst 15 s perioderna. 7403590-8

2. Sätt enligt kravet l, k ä n n e t e c k n a t därav, att remsan är icke-porös och partiklarna analyseras genom successiv påföring av en droppe av en lakningslösning på ökande partier av remsan, att lakningslösningen ges tillfälle att upplösa valda be- ståndsdelar av partiklarna, att droppen av lakningslösning avlägs- nas och droppen analyseras och att den ovan nämnda proceduren upp- repas med ytterligare, ökande partier av remsan.

3. Sätt enligt kravet l eller 2, k ä n n e t e c k n a t därav, att partiklarna koncentreras medan de rör sig i luftström- men - ANFURDA PUBLIKATIONER: Sverige 391 038 (G01V 9/00) Storbritannien 1 377 453 US 3 309 518 (250-49.5)