Способ оптического анализа частиц аэрозоля Советский патент 1987 года по МПК G01N15/02 

Изобретение относится к технической физике, в частности к способам анализа частиц при контроле технологических процессов и загрязнения окружающей среды.

Цель изобретения - возможность одновременно с олределением размеров частиц определять их фракционную принадлежность (при этом выделяются фракции прозрачных и непрозрачных для зондирующего света частиц).

На чертеже представлена схема, поясняющая предлагаемый способ.

Способ заключается в следующем. Индивидуальные частицы 1 аэрозоля в потоке освещаются сфокусированным пучком 2 света, длина волны которого Я, менее нижнего предела линейных размеров г этих частиц. Измеряют мощность светового потока 3, рассеиваемого индивидуальными частицами вперед в пределах телесного угла, ограниченного линейным углом, не превыщающим 10° относительно направления освещающего луча. Одновременно измеряют мощность пото; ка 4, рассеянного в остальное угловое пространство. При этом область 5 прямого пучка из измерений исключается. По измеренной мощности потока, рассеянного вперед, определяют размер частиц, а по отнощению мощностей двух потоков, определяют принадлежность к фракции прозрачных или непрозрачных частиц.

Предлагаемый способ основан на том, что для больших, сильно преломляющих частиц, величина дифракционного параметра р которых удовлетворяет условию (m - 1) : 15, где m - коэффициент преломления материала частиц, общая мощность W выводимого из падающего на них параллельного пучка света интенсивностью 7пад составляет величину

Ц7 257пад,

где S - площадь поперечного сечения частиц.

При этом для таких частиц весь рассеянный свет можно разделить на составляющую Wi, рассеянную по законам геометрической оптики, и составляющую , рассеянную за счет дифракции зондирующего потока на частицы. Для сферических частиц более 90% мощности потока Wi сосредоточено в части диаграммы рассеяния, занимающей угловое пространство в области углов более 10° относительно направления зондирования. Для несферических частиц, как правило, доля потока Wi, рассеянного в большие углы (более 10°) является еще более значительной. Поток Шд сосредоточен более, чем на 90% в пределах нулев ого лепестка диаграммы малоуглового рассеяния. Угловая ширина нулевого лепестка во составляет величину

0-;

5

0

5

0

Таким образом, если подобрать длину волны зондирующего света достаточно малой, чтобы удовлетворилось условие

Х,СГмкн,

где гмнк - нижний предел размеров анализируемых микрочастиц, и измерять поток Wfl в пределах телесного угла, ограниченного линейным углом менее 10°, а поток в пределах остального углового пространства диаграммы рассеяния, то потоки WA И Wi измеряется отдельно, не наклады- ваясь друг на друга.

Величина потока не зависит от того, прозрачна частица или поглощает зондирующий свет, и равна

Wfl 57nafl

Общая мощность выводимого из зондирующего пучка потока состоит из компонента

U/ Wi-f WA+ WHOM,

где WnoM - часть падающего потока, поглощенная в частице.

Поэтому на долю потока , рассеянного по законам геометрической оптики, приходится величина

W, Г- Д- Г.огл 57пад- Wnor.

Прозрачная частица не поглощает свет. .Для нее справедливо

Гпогл 0.

В этом случае

W,S7naa W. U

Таким образом, для прозрачной частицы отношение измеренных потоков рассеяния и Wfl в пределах угла ;10° равно 1

,Wfl ,

-

Если частица окрашена, т. е. поглощает зондирующий свет, то Wnor. и §-

5

0

5

0

1.

Wi

5

Очевидно, что доля поглощаемого частицей потока /гпогл в этом случае выражается величиной

fenOM Ig-.

Измеряя по мощности потока величину поперечного сечения частицы п Гд

)

J пал

МОЖНО определить сечение поглощения частицы

SnoM(i --к:)

Для больших сферических частиц, оптическая плотность которых на длине волны зондирования велика, сечение поглощения зависит только от материала частицы, а не от ее размера и может использоваться для определения природы частицы при анализе многокомпонентного аэрозоля.

Предлагаемый способ позволяет различать наличие в аэрозоле частиц сажи, белка и т. д., т. е. различать частицы материала различной природы.

Формула изобретения

Способ оптического анализа частиц аэрозоля путем освещения индивидуальных частиц пробы в потоке пучком сфокусированного света, длина волны которого менее нижнего предела линейных размеров этих частиц, измерения мощности светового потока, рассеянного индивидуальными частицами вперед и определения размеров частиц по измеренной мощности, отличающийся тем, что, с целью возможности одновременного определения фракционной принадлежности частиц, мощность светового потока, .рассеянного индивидуальными частицами вперед, измеряют в пределах телесного угла, ограниченного линейным углом, не превыщающим 10° относительно направления освещающего пучка сфокусированного света, одновременно измеряют мощность светового потока, рассеянного в остальное угловое пространство, и по отношению мощностей этих потоков судят о фракционной принадлежности частиц.

Изобретение относится к технической физике, в частности к способам анализа частиц при контроле технологических процессов и загрязнения окружающей среды. Изобретение позволяет одновременно с определением размеров частиц определять их фракционную принадлежность, т. е. выделять фракции прозрачных и непрозрачных для зондирующего света частиц, что важно при контроле загрязнения окружающей среды и в ряде технологических процессов. С целью обеспечения возможности одновременного определения фракционной принадлежности частиц потока измеряют мощность светового потока 3, рассеянного индивидуальными частицами 1 вперед в пределах телесного угла, ограниченного линейным углом, не превы- щающим 10°, относительно освещающего пучка 2 света, и одновременно мощность светового потока 4, рассеянного в остальное угловое пространство. По измеренной мощности в пределах меньщего угла судят о размерах частиц, а по отнощению мощностей - о их фракционной принадлежности. 1 ил. i (Л J ю 00 СП 00 ел ел