SU1718056A1 - Способ определени элементного состава аэрозольных частиц - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к количественным методам спектрохимического анализа. 2 Цель изобретени  - повышение чувствительности спектрохимического анализа воздуха . Исследуемую аэрозоль смешивают с распыленным вспомогательным порошком известного физико-химического состава и затем на полученную среду воздействуют импульсным лазерным излучением с энергией , достаточной дл  развити  коллективного оптического пробо , либо дл  инициировани  процесса горени  вспомогательного аэрозол . О химическом составе исследуемого аэрозол  суд т по эмиссионному спектру из высокотемпературной области анализа. Дл  повышени  чувствительности после импульса лазера исследуема  область может подогреватьс  СВЧ-излучением в течение периода времени , необходимого дл  проведени  анализа. 4з.п.ф-лы. (Л С

Description

Изобретение относитс  к количественным методам спектрохимического состава воздушных сред и может быть использовано дл  контрол  экологической обстановки природной среды, технологических процессов .

Известен способ определени  элементного состава аэрозольных частиц, включающий продувку аэрозол  через плам  электрической дуги и регистрацию эмиссионного спектра излучени  дуги, по которому суд т об элементном составе частиц.

Недостатком указанного способа  вл етс  невысока  чувствительность, обусловленна  в частности малым количеством попадающего в анализируемый объем аэрозол . Анализируемый объем ограничен размером дуги и ,как правило, не превышает 10 см . Существенное увеличение объема дуги приводит к неустойчивому ее горению и значительному повышению энергозатрат .

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому  вл етс  способ определени  элементного состава аэрозольных частиц, включающий воздействие на аэрозольную среду импульсным лазерным излучением, инициирующим оптический пробой в среде, и регистрацию эмиссионного спектра излучени  факела, образовавшегос  при пробое, .по которому суд т об элементном составе частиц.

Недостатком данного способа  вл етс  низка  чувствительность способа ограни00

о ел о

ченную, во-первых, коротким временем регистрации эмиссионного спектра, св занного с коротким временем существовани  факела оптического пробо  ( 10 с), во-вторых , с малым количеством наход щегос  в области анализа аэрозол , св занного с ограниченным размером факела пробо .

В насто щее врем  существует остра  необходимость в анализе элементного состава частиц с концентрацией 10 см дл  обеспечени  безопасности персонала при производстве берилли , чувствительность приборов, контролирующих запыленность воздуха в производственных помещени х, должна быть не хуже 10 г/м , что соответствует концентрации частиц берилли  размером 10 мкм на уровне 10 см .

Цель изобретени  - расширение диапазона регистрации анализируемых частиц в сторону их минимальных концентраций с одновременным увеличением чувствительности способа.

Цель достигаетс  тем, что согласно способу определени  элементного состава аэрозольных частиц, включающему воздействие на аэрозольную среду импульсным лазерным излучением, инициирующим оптический пробой в среде, и регистрацию эмиссионного спектра излучени  факела, образовавшегос  при пробое, по которому суд т об элементном составе частиц, перед воздействием лазерного излучени  в исследуемый объем распыл ют вспомогательный мелкодисперсный порошок с размером частиц 10 мкм известного химического состава , например негорючий порошок окиси алюмини  (корунд) или химически активный (горючий) титан, Кроме того, на факел пробо  воздействуют направленным СВЧ-излу- чением в течение периода времени регистрации спектра анализируемого аэрозол .

Сущность изобретени  заключаетс  в следующем.

Известно, что дл  осуществлени  оптического пробо  в воздухе, не подвергавшемс  специальной очистке, необходимы плотности потока лазерного излучени  - 1010 Вт/см2. Повышение количества наход щихс  в воздухе пылинок ведет к уменьшению пороговых значений Ф и при достижении определенных концентраций частиц (Кпор) в среде развиваетс  низкопороговый коллективный оптический пробой (НКОП). Известно, что дл  инициировани  НКОП требуютс  потоки Ф 106 Вт/см2, что на 3 - 5 пор дков ниже Ф, необходимых дл  инициировани  пробо  в воздухе. Размер частиц d и Кпор дл  каждого вида порошка подбираетс  индивидуально. Как следует из

проведенных исследований, рекомендуемыми  вл ютс  следуюицие параметры: d 10 мкм, КПор Ю ч/см . Эмиссионный спектр из области НКОП состоит из спектра

анализируемого аэрозол  и спектра вспомогательного порошка. Поскольку химический состав вспомогательного порошка известен , то идентификаци  анализируемого аэрозол  не вызывает трудностей.

0Кроме того, повышение чувствительности способа может быть достигнуто, если в качестве материала порошка вспомогательного аэрозол  выбрано вещество, которое окисл етс  с выделением

5 большого количества тепла, например AI (16,2 МДж/г), В данном способов создание высокотемпературной области, в которой происходит атомизаци  исследуемого вещества и высвечивание его характерного

0 эмиссионного спектра, происходит в течение времени горени  вспомогательного аэрозол . Поджег вспомогательного аэрозол  осуществл етс  лазерным излучением. Повышение чувствительности достигаетс ,

5 во-первых, за счет более длительного времени регистрации излучени  из высокотемпературной области (так врем  существовани  факела оптического пробо  10 с, а врем  горени  аэрозол , напри0 мер AI, с размером частиц 10 мкм составл ет 10 - 10 с) и, во-вторых, за счет снижени  Ф дл  инициировани  горени  (так Ф дл  НКОП 10 Вт/см2, а дл  поджега частиц Мд размером 10 мкм

5 10 Вт/см ), что при той же энергии лазерного излучени  позвол ет подвергать анализу большие объемы.

Кроме того, повышение чувствительности способа может быть достигнуто путем

0 воздействи  на факел пробо  направленным СВЧ-излучением в течение периода времени, требуемого дл  регистрации спектра анализируемого аэрозол .

Повышение чувствительности достига5 етс  увеличением времени регистрации характеристического спектра исследуемого аэрозол , св занным с подогревом анализируемого объема направленным СВЧ-излу- чением.

0Так, например, дл  поддержани  температуры анализируемого объема на уровне 3000 - 4000 К°, необходимо СВЧ-излучение с плотностью потока энергии 10 - 100 Вт/см2, которое достаточно

5 просто получить с помощью серийных промышленных генераторов СВЧ.

Таким образом, предлагаемое изобретение позвол ет при той же выходной энергии лазера подвергать исследованию, гоо-первых, значительно большие объемы

(на3-5 пор дков величины) анализируемых порций воздуха, во-вторых, значительно увеличить врем  регистрации эмиссионного спектра, что в обоих случа х в той же мере расшир ет диапазон чувствительности способа в сторону уменьшени  размеров анализируемых частиц и их концентраций.

Claims (5)

1. Способ определени  элементного состава аэрозольных частиц; включающий воздействие на аэрозольную среду импульсным лазерным излучением, инициирующим оптический пробой в среде, и регистрацию эмиссионного спектра излучени  факела, образовавшегос  при пробое, по которому суд т об элементном составе частиц, отличающийс  тем, что, с целью расширени  диап-азона чувствительности

способа анализа, перед воздействием лазерного излучени  в исследуемой среде рас- пыл ют вспомогательный аэрозоль известного химического состава с размером частиц 10 мкм и идентифицируют эмиссионный спектр с учетом спектральных характеристик вспомогательного аэрозол .

2.Способ по п. 1,отличающийс  тем, что в качестве вспомогательного аэрозол  распыл ют корунд.

3.Способ по п.1,отличающийс  тем, что в качестве вспомогательного аэрозол  используют горючее вещество.

4.Способ по п.З, отличающийс  тем, что в качестве вспомогательного аэрозол  распыл ют алюминий.

5.Способ по п.1,отличающийс  тем, что на факел пробо  во врем  регистрации спектра воздействуют направленным

сверхвысокочастотным излучением.