Способ диагностики нефтяных загрязнений на акваториях Советский патент 1992 года по МПК G01N21/64 

Изобретение относится к спектральному анализу и предназначено для экспрессного (в т.ч. дистанционного) определения типа нефтяных загрязнений в природных водах, преимущественно изобретение может быть использовано в мероприятиях по контролю и охране окружающей среды, а также в задачах идентификации компонентов в многокомпонентных смесях по их спектрам флуоресценции

Известен способ диагностики нефтей и нефтепродуктов с использованием временных характеристик - спектра затухания флуоресценции, основанный на изменении

величины времени затухания флуоресценции нефтяных загрязнений.

Известен способ, включающий измерение спектра флуоресценции объекта, возбуждаемой в области оптического поглощения нефтей и нефтепродуктов, сравнение полученного спектра с эталонными спектрами нефтей и нефтепродуктов и определение типа нефтяного загрязнения по максимальному значению коэффициента корреляции спектра флуоресценции объекта и эталонных спектров флуоресценции нефтей и нефтепродуктов, наиболее близкий к изобретению по технической сущности.

Недостаток спосабз заключается в том. что идентификация типа нефтяного загрязнения возможна только при таких концент- рациях содержания нефти в воде, когда сигнал флуоресценции РОВ практически не проявляется в спектре флуоресценции объекта. С уменьшением концентрации нефти до порядка единиц мкл/л существенным становится вклад свечения РОВ в суммарный спектр. Это привоДит к снижению точности корреляционного анализа, поскольку сигнал флуоресценции РОВ в каждом измерении дает различный вклад в величину коэф- фициента корреляции. При сравнимых значениях интенсивности флуоресценции РОВ и нефтяного загрязнения способ не обеспечивает достоверность идентификации загрязнения.

Цель изобретения - повышение достоверности определения типа нефтяного загрязнения в природных водных средах в концентрациях, меньших чем в разливе.

Указанная цель достигается тем, что в известном способе диагностики нефтяных загрязнений на акваториях регистрируют двумерные эталонные спектры флуоресценции нефтей и нефтепродуктов в водных пробах, определяют для них направления синхронного сканирования по значениям спектральных сдвигов между длинами волн возбуждения и излучения, соответствующим максимальной интенсивности флуоресценции в двумерных эталонных спектрах, регист- рируют двумерный спектр флуоресценции растворенного органического вещества незагрязненной части акватории, определяют для него значения коэффициентов корреляции с двумерными эталонными спектрами по направлениям спектров возбуждения, излучения и синхронного сканирования, регистрируют двумерный спектр флуоресценции объекта и определяют коэффициенты корреляции двумерного спектра объекта с двумер- ными эталонными спектрами с учетом коэффициента корреляции спектра органического вещества с двумерными эталонными спектрами.

Изобретение осуществляется следую- щим образом.

Для получения двумерных эталонных спектров флуоресценции нефтей и нефтепродуктов регистрируют с помощью лабораторного спектрометра двумерные спектры ряда нефтей и нефтепродуктов, проводят коррекцию спектров на спектральную характеристику возбуждающего излучения и спектральную чувствительность приемника оптического излучений, и скорректированные спектры нормируют на максимальное значение интенсивности в каждой серии измерений.

Определяют координаты максимумов флуоресценции в двумерном эталонном спектре и через точку абсолютного максимума, проводят сечения двумерного спектра, соответствующие синхронному сканированию, спектрам возбуждения и излучения. Определяют оптимальные значения спектральных сдвигов между длинами волн возбуждения и излучения и по ним определяют направления синхронного сканирования,

Описанным выше способом с помощью лабораторного спектрометра либо лазерным спектрометром дистанционно регистрируют спектры флуоресценции морской воды чистых от загрязнений участков акватории в различных ее точках и горизонтах. Затем вышеуказанным методом проводят нормировку на максимальную интенсивность и усреднение полученных спектров для формирования двумерного (среднестатистического) спектра РОВ, причем количество необходимых измерений определяется условием, чтобы изменение среднего значения интенсивности и стандартного отклонения от него в усредненном спектре не превышало заданной величины при проведении дополнительного измерения. Для двумерного среднестатистического спектра флуоресценции РОВ незагрязненной части акватории определяют значение коэффициентов корреляции со всеми двумерными эталонными спектрами нефтей и нефтепродуктов по направлениям синхронного сканирования с оптимальными спектральными сдвигами и спектров возбуждения и излучения.

Среднее значение интенсивности Upon и стандартное отклонение от него сгр0в в среднестатистическом двумерном спектре РОВ определяется по формулам;

N

UDOB Ј„ ироВ(Лс)(1)

N Ј

к 1

И OJSos ( Upoe UpoB )2 ,(2)

где Оров - интенсивность спектра на длине волны в точке К;

N - число точек в спектре;

Д - длина волны в точке К,

Коэффициенты корреляции среднестатистического двумерного спектра РОВ со всеми эталонными спектрами нефтей и нефтепродуктов §ов вдоль заданных направлений определяют по известной формуле:

(UpoB-UpoB)(U3- U3)

Яров 03

(3)

i- 1 - направление синхронного сканирования;

i 2 - направление спектра возбуждения;

i 3 - направление спектра излучения.

Для регистрации двумерного спектра флуоресценции загрязненного участка акватории изменяют длину волны возбуждающего излучения в полосе поглощения нефтей и нефтепродуктов путем сканирова- ния монохроматора или перестройки длины волны генерации лазера. Возбуждаемую флуоресценцию регистрируют в спектральном интервале излучения нефтей и нефтепродуктов. Дальнейшая обработка сигнала производится описанным выше способом.

Затем двумерный спектр флуоресценции загрязненного участка акватории нормируют па максимальное значение интенсивности флуоресценции и определя-

ют коэффициент корреляции Ј§ с учетом полученных значений коэффициентов корреляции среднестатистического двумерного спектра РОВ с эталонными двумерными спектрами вероятных загрязнений пб фор- муле:

(j) -apoB PfO(4)

Оо I 7ров 2 ОЬ СГров

hf,,3,

где сг0 - стандартное отклонение интенсивности в двумерном спектре объекта, вычисляемое по формуле (2) для объекта;

у§ - коэффициент корреляции двумер- ного спектра объекта с двумерными эталон- ными спектрами нефтей и нефтепродуктов,

вычисляемый аналогично $ов по формуле

(3):

еров - стандартное отклонение интенсивности в двумерном спектре РОВ, вычис- ляемое по формуле (2);

у8ов - коэффициент корреляции двумерного спектра РОВ с двумерными эталонными спектрами нефтей и нефтепродуктов:

$ов- коэффициент корреляции двумер- ного спектра объекта с двумерным спектром РОВ, вычисляемый аналогично у9ов по формуле (3),

По максимальному значению коэффициента корреляции двумерного спектра флуоресценции объекта и двумерных эталонных спектров флуоресценции нефтей и нефтепродуктов определяют тип нефтяного загрязнения.

Формула изобретения Способ диагностики нефтяных загрязнений на акваториях, включающий регистрацию спектра флуоресценции объекта, возбуждаемой в области оптического поглощения нефтей и нефтепродуктов, сравнение полученного спектра с эталонными спектрами флуоресценции нефтей и нефтепродуктов, расчет коэффициентов корреляции спектра объекта и эталонных спектров, определение типа нефтяного загрязнения по максимальному значению коэффициента корреляции, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности определения типа нефтяного загрязнения в природных водных средах в концентрациях, меньших чем в разливе, регистрируют двумерные эталонные спектры флуоресценции нефтей и нефтепродуктов в водных пробах, определяют для них направления синхронного сканирования по значениям спектральных сдвигов между длинами волн возбуждения и излучения, соответствующим максимальной интенсивности флуоресценции в двумерных эталонных спектрах, регистрируют двумерный спектр флуоресценции растворенного органического вещества незагрязненной части акватории, определяют для него значения коэффициентов корреляции с двумерными эталонными спектрами по направлениям спектров возбуждения, излучения и синхронного сканирования, регистрируют двумерный спектр флуоресценции объекта и определяют коэффициенты корреляции двумерного спектра объекта с двумерными эталонными спектрами с учетом коэффициента корреляции спектра органического вещества с двумерными эталонными спектрами,

Изобретение относится к диагностике нефтяных загрязнений на акваториях. Сущность изобретения заключается в том, что измеряют двумерные эТалонные спектры флуоресценции вероятных нефтяных загрязнителей в водных пробах, определяют для них направления синхронного сканирования по оптимальным значениям спектральных сдвигов между длинами волн возбуждения и излучения, соответствующим максимальной интенсивности флуоресценции в двумерных эталонных спектрах. Измеряют двумерный среднестатический спектр флуоресценции органического вещества незагрязненной части акватории, определяют для него значения коэффициентов корреляции с двумерными эталонными спектрами по направлениям спектров возбуждения, излучения и синхронного сканирования, с учетом которых определяют коэффициенты корреляции измеренного двумерного спектра флуоресценции объекта с двумерными эталонными спектрами флуоресценции нефтей и нефтепродуктов, затем определяют тип нефтяного загрязнения. СП а СП д ю ю