Способ определения концентрации молекулярного йода в газах Советский патент 1991 года по МПК G01N21/64 

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение в атомной энергетике, охране окружающей среды при измерениях концентрации примесей молекулярного йода в газовых средах.

Целью изобретения является повышение правильности определения концентрации изотопа 2С) I в смеси с изотопом 127 I при одновременном определении концентрацииJ в газе

На чертеже изображена схема реализации способа измерения концентрации молекулярного йода в газах.

На чертеже обозначены: I - перестраиваемый по частоте гелий-неоновый лазер; 2 - модулятор лазерного излучения; 3 - исследуемая ячейка со смесью изотопов .1 и г7 I в газе; 4 - первая реперная ячейка с известной концентрацией изотопа z l в газе; 5 - вторая реперная ячейка с известными концентрациями изотопо в

и

127

J в газе при относительном содержании изотопа /)г i в смеси с г7 j 40-60%; 6 - третья реперная ячейка с известной концентрацией изотопа 127 J в газе; 7-10 - светофильтры; 11-14 - фотоэлектронные умножители; 15 - блок питания фотоэлектронных умножителей; 16 детектор сигналов с фотоэлектронных умножителей

05 СО 00 &

Порядок действия при реализации способа измерения концентрации моле- кулярного йода в газах следующий

Частотный контур перестраиваемого по частоте гелий-неонового лазера настраивается на первый диапазон частот 0-1,0 ГГц в длинноволновую сторону от центра неотстроенного кон ЈЛ

тура усиления и Ne. Излучение лазера проходит через модулятор лазерного излучения и попадает последовательно в исследуемую ячейку, первую, вторую и третью реперные ячейки, возбуждая в этих ячейках флуоресценцию соответствующих изотопов молекулярного йода Излучения флуоресценции моле- кулярного йода от ячеек проходят через соответствующие светофильтры, от.

и третьей реперных ячейках соответственно;

Об ,0(г, р,,/3г, if,, jf г -постоянные коэффициенты, одинаковые в уравнениях для сигналов флуоресценции от всех ячеек ввиду идентичности условий возбуждения и регистрации флуоресценции в ячейках (при неидентичности этих

JQ условий необходимо вводить дополнительные поправочные коэффициенты).

Уравнения системы учитывают вклад в сигналы флуоресценции от молекул Wlv А2)1 2Ч 271г при суммарJ5 ной концентрации молекулярного йода мол/см , когда самотушение флуоресценции не искажает линейность зависимости сигнала флуоресценции от концентрации молекулярного йода Так

секающие рассеянное лазерное излуче- 20 как значения S , S (,1,2,3), п,, ние, и попадают в соответствующие фо« х |, у| (,2,3) известны, то прии третьей реперных ячейках соответственно;

Об ,0(г, р,,/3г, if,, jf г -постоянные коэффициенты, одинаковые в уравнениях для сигналов флуоресценции от всех ячеек ввиду идентичности условий возбуждения и регистрации флуоресценции в ячейках (при неидентичности этих

условий необходимо вводить дополнительные поправочные коэффициенты).

Уравнения системы учитывают вклад в сигналы флуоресценции от молекул Wlv А2)1 2Ч 271г при суммар5 ной концентрации молекулярного йода мол/см , когда самотушение флуоресценции не искажает линейность зависимости сигнала флуоресценции от концентрации молекулярного йода Так

0 как значения S , S (,1,2,3), п,, х |, у| (,2,3) известны, то при

Изобретение относится к атомной энергетике и охране окружающей среды. Цель изобретения - повышение правильности определения концентрации изотопа , находящегося в смеси сI в газах, и определение концентрации 1гт I в этой смеси. Дополнительно возбуждают флуоресценцию молекулярного йода во второй репер- ной ячейке с известными концентрациями изотопов и в газе при относительном содержании изотопа z в смеси с 2Т I - 40-60% и флуоресценцию п I в третьей реперной ячейке с известной концентрацией 1г71 в газе Возбуждение флуоресценции молекулярного йода в исследуемой ячейке, первой, второй и третьей репер- ных ячейках последовательно производится в двух диапазонах частот перестраиваемого по частоте гелий-неонового лазера при частоте 0-1,0 ГГц - в длинноволновую сторону от центра неотстроенного контура усиления Ne, при 1,2-2,2 ГГц - в коротковолновую сторону от центра неотстроенного контура усиления 2° Ne. 1 ил. с SS (Л

тоэлектронные умножители, где преобразуются в электрические сигналы флуоресценции Электрические сигналы

- веденная1 система уравнений разрешима относительно по, х0, у0. Из двух ее решений выделяется единственное,

флуоресценции с выходов фотоэлектрон- 25 имеющее физический смысл. Концентрации молокул 129 1г, 9J IZ7 J, 27J2 в исследуемой ячейке выражаются через величины п0, х0, у0 в следующем виде:

2

п.« : 1г

ных умножителей поступают в детектор, где выделяются из шумов фотоэлектронных умножителей путем синхронной демодуляции этих сигналов (опорньй сигнал с частотой модуляции лазерного 30 излучения подается на детектор от мо-

о хо

дулятора лазерного излучения) и ре-

гистрируются Затем частотный контур лазера настраивается на второй диана зон частот 1,2-2,2 ГГц в коротковол- новую сторону от центра неотстроенно го контура усиления 20 Ne и регистрация электрических сигналов флуоресценции от ячеек производится в этом диапазоне частот лазераа Детектор

производит вычисление концентраций молекул ™}г, «9 i «7 } 2TJe в исследуемой ячейке путем решения системы уравнений:

i , . г „ чувствительности детектирования

8,- (х +2.р;.х;.у; ч- fc.y,, ).n.f & но не на ег0 Правил;н0сти

Ч - (к v2 +9 П, X V +Y V 7 .-ni

°г. л. 1эг yt так как приведенная выше система

va. nl74i

уравнений для расчета концентраций молекул йода в исследуемой ячейке

х.о + У,о -Ч i О, 1, 2, 3, где SJ, S (i 0,1,2,3) - сигналы

флуоресценции от исследуемой, первой,

„се при таком изотопическом составе иола

второй и третьей реперных ячеек при ,iu „ „ - 1 аак

„мгТОПТЭ| 1Л ПЈ3 ПОтчиГ ЈЭг CJti fi.13 v a а«э тч r ittrri. л

настройке частотного контура лазера на первый и второй диапазоны частот

в первой реперной ячейке разрешима

Максимальное относительное содержание молекул 1ZTI во второй реперной ячейке (50%) реализуется

соответственно;

nj,x. ,y i (,1,2,3) - концентрация молекулярного йода и относительное содержание изотопов 1г I и 27t в смеси в исследуемой, первой, второй

- веденная1 система уравнений разрешима относительно по, х0, у0. Из двух ее решений выделяется единственное,

2

п.« : 1г

о хо

2 п0-х0 у0;

п.

о- Y t

1W& о1 Jo

429

Так как глубокая очистка I является дорогостоящей технической операцией, то в данных измерениях |для наполнения первой реперной ячейки использовался йод с обогащением J - 87%, что соответствует отноА2 9

сительному содержанию молекул J2B смеси - 76%4 Наличие относительно небольшой добавки 27 1 к 1 в первой реперной ячейке сказывается лишь

уравнений для расчета концентраций молекул йода в исследуемой ячейке

u „ „ - 1 аак

мгТОПТЭ| 1Л ПЈ3 ПОтчиГ ЈЭг CJti fi.13 v a а«э тч r ittrri. л

в первой реперной ячейке разрешима

Максимальное относительное содержание молекул 1ZTI во второй реперной ячейке (50%) реализуется

129

J и

при ее заполнении изотопами 27J в соотношении 7 1 :1 В диапазоне,) относительных содержаний |г9 в сме- . си отличие от максимума не превышает 2%. Необходимость достижения максимального относительного

J4Q 42/7

содержания молекулJJ во второй реперной ячейке обусловлена тем, что в естественных условиях долго- живущий изотоп I определяется как примесь к стабильному г7 I, При этом подавляющая часть 2 J находится в виде 1 1Z7I, а не в виде. 1г.

Максимальное относительное со дер жание молекул 1 в третьей репер- ной ячейке (100%) легко достигается при ее заполнении чистым г/1.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить правильность

О

определения изотопа йода I и обеспечивает возможность определения изотопа 2 J в смеси

Формула изобретения

Способ определения концентрации молекулярного йода в г.аз ах, включающий модуляцию излучения гелий-неонового лазера, облучение лазерным модулированным излучением ячейки, со- держащей исследуемый газ, и реперной ячейки, содержащей газ с известной концентрацией изотопа йода , ре- гистрацию сигналов флуоресценции от исследуемой и реперной ячеек и оп ределение искомой концентрации по величине полученных сигналов, отличающий ся тем, что, с целью повышения правильности определения концентрации изотопа йода I в сме-

47Y

си с изотопом йода 1i( I при одновременном определении относительного содержания изотопов 27 1, дополнительно

облучают лазерным излучением две репер ные ячейки, в одной из которых содержится газ со смесью изотопов W) i и 27 j при относительном содер

жании 40-60% изотопа

129

I, а в дру гой газ с известной концентрацией изотопа 1г71, регистрируют сигналы флуоресценции S и S2 От исследуемой и реперных ячеек при облучении их излучением в двух диапазонах частот, первый из которых соответствует частотам | - (0 1,0 ГГц), а второй - ) + (1,,2 ГГц), где V, -частота центра неотстроенного контура уси ления °Ne, при этом расчет искомых концентраций проводят по системе уравнений:

(tf.xf + 2(5, х;у;+ J, у.) п;; S «Xzxf + ,У.+ уг У) nj;

.хо.+ Уо J

где SJ, SЈ,

(,1,2,3) - сигналы флуоресценции

, от исследуемой, первой, второй и третьей репер- ных ячеек при облучении их э первом и во втором диапазонах час тот соответственно;

n xi У, концентрация молекулярного йода и относи тельное содержание изо топов 29 I и 271 в смеси;

«1,,ft,fc,

ft Jfs граду про во чные коэффи

циенты

Редактор А.Лежнина

Составитепь:О.Бадтиева. ..

Техред Л.Олийнык 1 Корректор Л.Пилипенко

Заказ 924

Тираж 408

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Подписное