Анализатор паров ртути Российский патент 2024 года по МПК G01J3/42 G01N21/33 

Изобретение относится к спектральному атомно-абсорбционному анализу с дифференциальной схемой измерения концентрации паров ртути и может быть использовано для снижения предела обнаружения ртути, а также уменьшения стоимости анализаторов.

Известно устройство [1], в котором для получения дополнительной линии излучения используется дейтериевая лампа.

Также известен бездисперсионный атомно-абсорбционный фотометр [2], который состоит из основного и дополнительного источников излучения, двух отражательных зеркал, зеркала расположенного на валу двигателя, поглощающей ячейки, фотоприемника и регистрирующего устройства.

К недостаткам аналогов следует отнести использование дейтериевой и ртутной газоразрядных ламп в качестве дополнительных источников излучения. Такие лампы поджигаются при высоком напряжении (сотни вольт) и потребляют значительную мощность. Для них сложно обеспечить модуляцию излучения питающим напряжением и стабилизацию режима работы.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявляемому изобретению по совокупности существенных признаков является анализатор паров ртути [3], содержащий два источника оптического излучения, наполненных разными изотопами ртути, переключатель световых потоков, связанный с приводом, измерительную кювету (абсорбционную камеру), монохроматор, фотоприемник, к выходу которого подключены последовательно соединенные усилитель, схема разделения сигналов, синхронизированная переключателем световых потоков, измеритель отношения световых потоков, индикатор, генератор возбуждения источников излучения и источник питания.

К недостаткам этого анализатора следует отнести использование двух дорогостоящих изотопных ламп, использование механического переключателя световых потоков (модулятора), отсутствие возможности выравнивания и стабилизации световых потоков на входе в измерительную кювету, что не позволяет понизить предел обнаружения ртути.

Цель изобретения - снижение предела обнаружения паров ртути путем уменьшения влияния нестабильностей источников излучения, а также уменьшение стоимости анализатора.

Поставленная цель достигается тем, что в предложенном анализаторе паров ртути, содержится два источника оптического излучения, один из которых - ртутная лампа, измерительная кювета, фотоприемное устройство, к выходу которого подключено устройство регистрации и вычисления, В отличие от прототипа анализатор паров ртути снабжен дополнительным фотоприемником, двумя полупрозрачными зеркалами, размещенными последовательно друг за другом на пути первого источника излучения перед измерительной кюветой. При этом первое зеркало размещено с возможностью принимать излучение от источника дополнительного излучения, выполненного в виде светодиода с длиной волны излучения, согласованной с линией излучения ртутной лампы, а второе зеркало - с возможностью отклонять излучения обоих источников на дополнительное фотоприемное устройство. Выход дополнительного фотоприемного устройства подключен через схему дифференциального усиления к входу модуля управления излучателями. Первый, второй и третий выходы модуля управления излучателями подключены соответственно к входам первого источника, второго источника излучения, и схемы дифференциального усиления, а четвертый его выход подключен к входу устройства регистрации и вычисления.

Дополнительное фотоприемное устройство, которое совместно со схемой дифференциального усиления позволяет выравнивать и стабилизировать световые потоки источников излучения на входе в измерительную кювету. В качестве источника селективного излучения используется ртутная лампа низкого давления с линией излучения 253,7 нм промышленного изготовления, что значительно дешевле специализированной изотопной лампы. Особенностью предлагаемого изобретения является применение светодиода в качестве источника излучения линии сравнения (дополнительной) с длиной волны излучения 253,7±5 нм. Кроме того, вместо механической модуляции излучения, применена электронная модуляция методом поочередного включения питающих напряжений источников излучения. Все это способствует уменьшению габаритов и потребляемой мощности. Выравнивание и стабилизация излучений ртутной лампы и светодиода на входе в измерительную кювету является основным фактором дифференциального метода измерения. Величина дрейфа нулевого положения, измеряемой концентрации паров ртути, пропорциональна величине неравенства сигналов от ртутной лампы и светодиода. Предлагаемое изобретение позволяет уменьшить дрейф нулевого положения и, как следствие, снизить предел обнаружения ртути за счет введения дополнительного фотоприемного устройства, а также уменьшить стоимость анализатора.

В результате анализа уровня техники и сравнительного анализа с прототипом была выявлена совокупность существенных признаков устройства изложенных в формуле изобретения в отличительной части, которые не совпадают с известными ранее ртутными анализаторами, следовательно, заявленное изобретение соответствует условиям "новизна" и "изобретательский уровень".

На фиг. изображена функциональная схема предложенного анализатора паров ртути.

Анализатор паров ртути содержит ртутную лампу 1, светодиод 2, два полупрозрачных зеркала 3 и 4, измерительную кювету 5, фотоприемное устройство 6, устройство регистрации и вычисления 7, дополнительное фотоприемное устройство 8, схему дифференциального усиления 9 и модуль управления излучателями 10.

Предлагаемый анализатор паров ртути в атмосферном воздухе работает следующим образом.

В первый полупериод измерения селективное излучение от ртутной лампы 1, пройдя через полупрозрачные зеркала 3 и 4, проходит через измерительную кювету 5, в которой находятся пары атомов ртути атмосферного воздуха или искусственной газовой смеси, принудительно подающейся в нее. Атомы ртути селективно поглощают излучение от ртутной лампы 1. Кроме того, это излучение также поглощается другими атомами, молекулами и аэрозолями в виде фонового поглощения. Во второй полупериод измерения излучение от светодиода 2, отражаясь от полупрозрачного зеркала 3, также проходит через полупрозрачное зеркало 4 и измерительную кювету 5. Это излучение имеет ширину спектральной линии на три порядка больше спектральной линии ртутной лампы. В этом случае селективная атомная абсорбция на аналитической длине практически не наблюдается, однако это излучение также поглощается другими атомами, молекулами и аэрозолями в виде фонового поглощения. Таким образом, для излучения ртутной лампы 1 измеряется суммарное аналитическое и фоновое поглощение, а для излучения от светодиода 2 - только фоновое поглощение. Определяемая разница между полученными значениями позволяет проводить коррекцию фона. С выхода измерительной кюветы 5, излучения поочередно поступают на фотоприемное устройство 6, где преобразуются в два электрических сигнала: I_Л - сигнал пропорциональный излучению от ртутной лампы; I_Д - сигнал пропорциональный излучению от светодиода. Вычисление концентрации паров ртути осуществляется устройством регистрации и вычисления 7 по известной формуле

где K - коэффициент пропорциональности (определяется при калибровке анализатора). Излучения ртутной лампы 1 и светодиода 2, отражаясь от полупрозрачного зеркала 4, поступают на дополнительное фотоприемное устройство 8. С выхода дополнительного фотоприемного устройства 8 электрические сигналы, управляемые третьим выходом модуля управления излучателями 10, поступают на схему дифференциального усиления 9. Сигнал рассогласования с выхода схемы дифференциального усиления 9 поступает на вход модуля управления излучателями 10, который осуществляет коррекцию питающих напряжений ртутной лампы 1 и светодиода 2. Модуль управления излучателями 10 первым и вторым выходами поочередно включает ртутную лампу 1 и светодиод 2 соответственно, а также четвертым выходом управляет блоком регистрации вычисления 7.

Источники информации.

1. Пупышев А.А. Атомно-абсорбционный спектральный анализ. - М.: Техносфера, 2009. Глава 12.2. С. 537-540.

2. Дорофеев B.C., Иванов Н.П., Чупахин М.С., Михайлов Н.С. Бездисперсионный атомно-абсорбционный фотометр. Авторское свидетельство №491043, Бюл. 1975 № 41.

3. Альтман Э.Л., Туркин Ю.И., Жиглинский А.Г., Каралис В.Н., Качалов В.П., Королев А.Н. Анализатор паров ртути. Авторское свидетельство № 734511, Бюл. 1980 № 18.

Изобретение относится к области спектрального анализа и касается анализатора паров ртути. Анализатор содержит два источника излучения, измерительную кювету, фотоприемное устройство и устройство регистрации и вычисления. Первый источник излучения – ртутная лампа, а второй выполнен в виде светодиода с длиной волны излучения, согласованной с линией излучения ртутной ламп. Анализатор также снабжен двумя полупрозрачными зеркалами, размещенными последовательно друг за другом на пути первого источника излучения перед измерительной кюветой и дополнительным фотоприемным устройством. Первое зеркало размещено с возможностью принимать излучение от второго источника оптического излучения, а второе зеркало - с возможностью отклонять часть излучения обоих источников на дополнительное фотоприемное устройство, выход которого подключен через схему дифференциального усиления к входу модуля управления излучателями, первый, второй и третий выходы которого подключены соответственно к входам первого и второго источника излучения и схемы дифференциального усиления. Четвертый выход подключен к входу устройства регистрации и вычисления. Технический результат заключается в снижение предела обнаружения паров ртути. 1 ил.

Анализатор паров ртути, содержащий первый и второй источники оптического излучения, первый из которых - ртутная лампа, измерительную кювету, фотоприемное устройство, к выходу которого подключено устройство регистрации и вычисления, отличающийся тем, что анализатор снабжен дополнительным фотоприемным устройством, двумя полупрозрачными зеркалами, размещенными последовательно друг за другом на пути первого источника излучения перед измерительной кюветой, при этом первое зеркало размещено с возможностью принимать излучение от второго источника оптического излучения, выполненного в виде светодиода с длиной волны излучения, согласованной с линией излучения ртутной лампы, а второе зеркало - с возможностью отклонять часть излучения обоих источников на дополнительное фотоприемное устройство, выход которого подключен через схему дифференциального усиления к входу модуля управления излучателями, первый, второй и третий выходы которого подключены соответственно к входам первого источника оптического излучения, второго источника оптического излучения и схемы дифференциального усиления, а четвертый его выход подключен к входу устройства регистрации и вычисления.