Способ определения концентрации углеводородов Советский патент 1989 года по МПК G01N21/25 

1

Изобретение относится к области газового анализа и может.быть использовано в геохимических исследованиях, и при контроле загрязнения окружа рщей среды.

Известен способ определения углеводородов в их смеси с помощью газовой хроматографии.

Недостатком указанного способа является малое быстродействие при проведении анализа (порядка 10 мин), что усложняет применение хроматографии при проведении газовой съемки на больших площадях.

Наиболее близким техническим реше-,

со нием является способ определения конФцентрации углеводородов, включа.ющий измерение разности ослабления лазерного излучения, частота которого совпадает с областью центра одной из линий поглощения метана и полосой поглощения высших углеводородов, в измерительном объеме, содержащем анализируемый газ при атмосферном давлении, и сравнительном объеме, содержащем эталонный газ,, и последующее вычисление концентрации углеводородов, Целью изобретения является опреде ление суммарной концентрации углеводородов за исключением метана. Поставленная цель достигаегся тем, что в способе определения концентрации углеводородов, включающем измерение разности ослабления лазерного излучения, частота которого сов падает с областью центра одной из ли ний поглощения метана и полосой поглощения выспшх углеводородов, в измерительном объеме, содержащем анализируемый газ при атмосферном давлении, и сравнительном объеме, содержащем эталонньй газ, сравнительный объем наполняют анализируемым га зом, устанавливают в нем давление газа меньше,чем в измерительном объеме, так, чтобы оно находилось в диапазоне значений между давлением, при котором линии поглощения метана сливаются в непрерьшную полосу, и давлением, при котором лоренцевская ширина равна допплеровской ширине используемой линии поглощения метина, причем длину оптического пути в сравнительном объеме устанавливают так, чтобы поглощение лазерного излу чения метаном в обоих.объемах было одинаково.. На чертеже представлена реализация способа, Устройство содержн:т лазер 1, например He-Ne с Л 3,3922 мкм, оптические элементы 2, 3, 4, 5, образующие двухканальную оптическую систему, измерительньй объем (кювета) 6 с анализируемым газом при атмосферном давлении, сравнительный объем (кювета) 7 с анализи;Е1уемым газом пониженного давления, например 0,1 атм, .противофазный модулятор 8 лучей, аттенюатор 9 для выравнивания интенсивностей в кангипах оптической системы, фотоприемник 10. Реализуют способ следующим образом. Неред измерениями уравнивают интенсивности лазерного излучения в каналах двухлучевой системы, поэтому в случае отсутствия анализируемого газа в кюветах переменный сигнал на выходе схемы отсутствует. После этого в кюветы напускают анализируемьй газ при давлении, например 1,0 и 0,1 атм, и устанавливают согласно и вестной зависимости коэффициента поглощения метана от давления газовой среды для излучения Л 3,3922 мкм длины кювет так, чтобы поглощение лазерного излучения за счет метана в обоих кюветах бьшо одинаково. При указанных давлениях газа в кюветах их длины, при которых поглощение лазерного излучения в них будет одинаково, соотносятся как 1 0.78 1„,/„, Как показали измерения, коэффициенты поглощения высших углеводородов для излучения 3,3922 мкм примерно равны и имеют одинаковые зависимости от давления газовой среды. При этом, т.к. излучение с Л 3,3922 мкм попадает в область максимума одной из линий поглощения метана, эти зависимости в диапазоне изменения давлений от величины давления, при котором лоренцевская ширина становится сравнимой с допплеровской шириной используемой линии поглощения метана (примерно 0,05 атм), до величины давления, при котором отдельные линии поглощения метана сливаются в непрерывнзгю полосу (примерно 2 атм), существенно отличны от зависимости коэффициента поглощения метана от давления. газовой среды. В силу того, что давление газа в измерительном и сравнительном объемах (1,0 атм и 0,1 атм) лежит в указанной области, равенство интенсианостей излучений в каналах системы нарушается, и на выходе двзослучевой оптической системы на частоте модуляции лучей возникает переменньш сигнал, регистрируемый фотоприемником 10, которыйсоответсвует содержанию высших углеводородов в анализируемом газе. Концентрацию высших углеводородов можно вь числить с помощью закона Бугера. Интенсивность лазерного излучения в каналах системы равна I, 1„ехр(-К:1, .сЪ 1г Ii + 41 Ioexp( ),. ; где IP - интенсивность лазерного излучения в каналах системы в отсутствие анализируемого газа} dl - разность поглощений лазерного излучения в двух кюветах индексы 1,2 относятся соответственно к кюветам с давлением 0,1 и 1,0 aTMj к, соответственно коэффициент поглощения метана и средний коэффициент поглощения высших углеводородовi 1 - длина кюветы. Решая полученную систему

уравнений относительно ее учетом того, что , К, получим:

е .1п(1 + Л1/1,/(,- К,)

По этой формуле, измеряя величины Ь, иЛ1 и зная значения К, Kj, 1 и Ij, можно вычислить суммарное содержание углеводородов анализируемом газе за исключением метана.

Предложенный способ позволяет определять содержание суммы высших углеводородов на уровне до 10 от содержания метана. Такая селективная способность к обнаружению суммы высших углеводородов на фоне метана вполне достаточна, например, при измерениях, в геохимических исследованиях, при контроле загрязнения окружакщей среды.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ УГЛЕВОДОРОДОВ, включающий измерение разности ослабления лазерного излучения, частота которого сов- п,адает с областью центра одной из линий поглощения метана и полосой поглощения высших углеводородов, в измерительном объеме, содержащем анализируемый газ при атмосферном давлении, и сравнительном объеме, содержащем эталонньм газ, о т л и ч а- . ю щ и и с я тем, что, с целью определения суммарной концентрации углеводородов за исключением метана, срав нительный объем наполняют анализируемым газом, устанавливают в нем давление газа меньше, чем в измерительном объеме, так, чтобы оно находилось в диапазоне значений между давлением, при котором линии поглощения мётана сливаются в непрерывную полосу, и давлением, при котором лоренцевская ширина равна допплеровской ширине используемой линии погло(Л С щения метана, причем длину оптического пути в сравнительном объеме устанавливают так, чтобы поглощение лазерного излучения метаном в обоих объемах было одинаково.