Способ определения содержания окиси углерода в атмосферном воздухе Советский патент 1992 года по МПК G01N21/76 

Изобретение относится к газоаналитической технике, а конкретно, к методам измерения микроконцентраций СО и может быть использовано для контроля чистоты атмосферного воздуха.

Известный метод измерения содержания СО в атмосферном воздухе основан на восстановлении горячей (190-225°С) окиси ртути (НдО) окисью углерода с получением паров Нд, количество которых определяют с помощью УФ оптического детектора.

Недостатком метода является его низкая надежность, обусловленная термическим разложением НдО.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является хемилюминесцент- ный (ХЛ) способ, согласно которому анализируемый газ, содержащий СО, смешивают с избытком атомарного кислорода и регистрируют возникающее ХЛ- излучение.

Однако, известный способ, вследствие низкого квантового выхода ХЛ-излучения реакции СО+0, имеет недостаточно высокую чувствительность, в результате чего нижний порог обнаружения СО указанным способом составляет не менее 100 мг/м3.

Поскольку предельно допустимая концентрация (ПДК) СО в атмосферном воздухе составляет 3 мг/м , становится очевидным, что известный способ не позволяет измерять микроконцентрации СО на уровне

пдк.

Целью изобретения является снижение предела обнаружения окиси углерода с тем, чтобы обеспечить возможность определения этого, газа нэ уровне предельно-допустимых концентраций.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе используют два газа- реактантг: окись азота и озон, при этом анализируемый воздух смешивают с окисью

Г

ч о ю к о о

азота, взятой в 3-4 кратном избытке по отношению к уровню максимально определяемой концентрации окиси углерода, полученную смесь разделяют на два потока, один из которых прогревают в интервале температур от 500 до 650°С, затем каждый из потоков смешивают с избытком озона и по разности возникающих в потоках излучения определяют содержание окиси углерода.

Функциональная блок-схема устройства для измерения содержания СО предлагаемым способом изображена на фиг. 1.

Устройство содержит электроразрядный генератор озона-1, который является одновременно источником окиси азота, каталитический конвертор-преобразователь 2 высших окислов азота в окись азота, смеситель газов 3, термический преобразователь 4, регулируемое пневмосопротивление (дроссель) 5, реакционные камеры 6 и 7, снабженные фотоприемниками ХЛ-излуче- ния (на схеме не показаны), насос 8, создающий разрежение в реакционных камерах, и постоянные пневмосопротивления (капилляры) К1-К4.

Устройство работает следующим образом,

По воздействием насоса 8 анализируемый воздух через капилляр К1 поступает в смеситель 3, Сюда же из каталитического конвертора 2 подается воздух, обогащенный с помощью электроразрядного генератора окисью азота. Полученная смесь после разделения на два потока поступает в реакционные камеры б и 7, в каждую из которых от генератора через капилляры КЗ, К4 подается озон. Реакция МОЮз сопровождается ХЛ-излучением, которое регистрируется фотоприемниками.

При отсутствии СО в анализируемом воздухе с помощью дросселя 5 устанавливают одинаковые интенсивности ХЛ-излуче- ния из обеих камер 6 и 7. В этом случае разностный электрический сигнал с фотоприемников, соединенных последовательно-встречно, становится равным нулю.

Если в анализируемом воздухе появится СО, в термическом преобразователе 4 произойдут следующие последовательные химические реакции:

СО + 02 С02 + О(1)

N0 + О N02(2)

В результате этих реакций количество окиси азота, поступающее в реакционную камеру 7, уменьшится за счет окисления части N0 атомарным кислородом, что приведет к появлению разностного электрического сигнала с выходов фотоприемников.

Для получения электрического сигнала, пропорционального содержанию СО в анализируемом воздухе, необходимо обеспечить в термическом преобразователе

избыток окиси азота по отношению к окиси углерода.

В предлагаемом способе выходной информативный сигнал, пропорциональный концентрации СО, формируется в результа0 те протекания реакции N0 + Оз, которая характеризуется более высоким квантовым выходом ХЛ, чем реакция СО+0. Благодаря этому, предлагаемый способ обеспечивает более низкий порог обнаружения, а следо5 вательно, более точное измерение предельно допустимых концентраций окиси углерода в атмосферном воздухе.

П р и м е р, На вход устройства подавали газовые смеси (СО + воздух) с аттестованны0 ми концентрациями окиси углерода.

В качестве фотоприемников ХЛ-излуче- ния использовались фотоумножители ФЭУ84-3.

После усиления выходные токи фото5 приемников регистрировались самопишущим потенциометром типа КСУ-4 с диапазоном измерения 0-5 мА. При этом максимальная амплитуда шума токового сигнала устройства не превышала 0,2 мА.

0 Термический преобразователь выполнен в виде трубки из термостойкого стекла, подогреваемой до температуры 500-700°С. В табл. 1 представлены значения выходных сигналов устройства при различных

5 температурах термопреобразователя.

Из табл. 1 следует, что в температурном интервале от 500 до 650°С чувствительность устройства к окиси углерода максимальна, поэтому указанный температурный интер0 вал является наиболее оптимальным для работы термического преобразователя.

На фиг. 2 показана функция преобразования концентрации окиси углерода в токовый сигнал устройства при различных

5 избытках окиси азота, поступающих в смеситель от источника газа-реактанта. Температура в термическом преобразователе составила 550° С.

Видно, что увеличение избытка окиси

0 азота приводит к расширению линейного участка функции преобразования, на котором полезный сигнал устройства не зависит от величины концентрации окиси азота, поступающей в смеситель.

5 Из фиг. 2 видно также, что при концентрации N0, равной 5,5 ррт, функция преоб- разования линейна в диапазоне концентраций С02 от 0 до 1,7 ррт.

При этом избыток N0 по отношению к верхней границе линейного участка (который определяет максимально измеряемую предлагаемым способом концентрацию СО), составляет 5,5/1,7 3,2.

При концентрациях N0, равных 10,6 ррт и 22 ррт верхние пределы линейных участков расширяются до значений 3,5 и 5,6 ррт, а соответствующие избытки N0 составляют 3,0 и 3,9.

В табл. 2 приведены величины указанных избытков N0 при температурах термо- преобразователя от 500 до 650°С.

Данные табл. 2 свидетельствуют о том, что в температурном интервале от 500 до 650°С избыток N0 должен быть не менее 3-4 кратным, для того чтобы исключить влияние избыточной концентрации NO на выходной (полезный) сигнал устройства.

Формула изобретения

Способ определения содержания окиси углерода в атмосферном воздухе, включаю-

щий регистрацию интенсивности хемилю- минисцентного излучения, возникающего при смешивании потока анализируемого воздуха с газом-реактантом, отличающийся тем, что, с целью снижения предела обнаружения и обеспечения возможности определения окиси углерода на уровне предельно допустимых концентраций, используют два газа-реактанта: окись азота и озон, при этом анализируемый воздух смешивают с окисью азота, взятой в 3-4- кратном избытке по отношению к уровню определяемых концентраций, полученную смесь разделяют на два потока, один из которых прогревают в интервале температур 500 - 650°С. затем каждый из потоков смешивают с избытком озона и по разности возникающего в потоках излучения определяют содержание окиси углерода.

Изобретение относится к газоачзличи- ческой технике. Цель - снижение предела обнаружения. Используют два газа реактан- та - окись азота и озон. Смешивают воздух с окисью азота, смесь разделяют на два потока, один из которых лрогревеют. Каждый из потоков смешивают с избытком озс- ка. По разности возникающего в потоках излучения определяют содержание окиси углерода 2 ил.

Таблица 1

Таблица 2

i

4,0

MIff3.0 ЦО5,0

Редактор

Риг2

Составитель О. Бадтиева

Техред М.МоргенталКорректор . Н. Гунько

Фиг.1

рр/я

fff.Gppar /V0 55/p/n