Способ определения концентрации газовойСМЕСи Советский патент 1981 года по МПК G01N27/70 

1

Изобретение отвисится к методам исйледования физических и химических свойств веществ с использованием протекающего тока и может быть использовано для анализа газов сложного состава.

Известен способ определения состава газа путем измерения напряжения горения коронного разряд-а при изменении состава газа в разрядном промежутке Г11

Недостаток способа состоит в его слабой избирательности при анализе многокомпонентных смесей.

Известен также способ, состоящий в подаче исследуемой смеси в плазменную область тлеющего разряда и измерении тока разряда С21.

Однако отмечается низкая чувствительность и малая селективность, так как изменение тока разряда обусловлено изменением концентрации каждой компоненты смеси.

Цель изобретения - повышение точности измерений и обеспечения селективности метода.

Это достигается тем, что на плазменную область разряда воздействуют световым потоком с длиной волны, соответствующей энергетическим переходам атомов или молекул определяемой компоненты, а по изменению тока разряда судят о концентрации определяемой компоненты смеси.

Способ осуществляют следующим образом.

Исследуемую смесь подают в плазменную область тлеющего разряда и измеряют ток разряда. В плазменной

0 области тлеющего разряда компоненты смеси претерпевают изменения, обусловленные их взаимодействием с плазмой разряда(возбуждение,ионизация). Затем воздействуют на плазменную

5 область разряда световым потоком. При этом воздействие света с длинами волн, соответствующими энергетическим переходам атомов или молекул определяемой компоненты смеси (ре0 зонанс{1ого света) , на анализируемый многокомпонентный газ, помещенный в плазменную область разряда, вызывает дискретные э-нергетические переходы в атомах или молекулах (возбуждение) определяемой компоненты газа. Переход осуществляется за счет резонансных однофотонных и многофотонных процессов. Атомы или молекулы, возбужденные в результате этих проO цессов, вызывают изменение электропроводности плазменной среды, связанное с уменьшением потенциала ионизации в возбужденном состоянии среды и с переходом энергии возбуждения в кинетическую энергию но- сителей заряда, либо с изменением числа носителей заряда.

Изменение электропроводности вызывает изменение тока, проходящего через плазменную среду, и изменение напряженности поля в плазменной среде. По изменению тока разряда судят о концентрации определяемой компоненты смеси.

Величина изменения электропроводности плазменной среды (и соответственно тока и напряжения) зависит от количества возбужденных частиц (концентрации) атомов или молекул определяемой компоненты газа. Если воздействие резонансного света вызывает изменение электропроводности плазменной среды, это однозначно свидетельствует о присутствии в анализируемом многокомпонентном газе определяемой компоненты.

Рассмотрим плазму положительного столба тлеющего разряда. Напряженность электрического поля во этом столбе

(i)

где Е - напряженность аксиального

электрического поля в столбе;

k - постоянная Больцмана; Tg - температура электронов, К - доля энергии, теряемая при

столкновен ; Л - длина свободного пробега

электрона в газе.

Выражение для связи концентрации атомов с параметрами положительного CTOji6a ттГеющего разряда имеет вид

Ч

где п - концентрация атомов; R - радиус разрядной трубки; D - коэффициент амбиполярной

диффузии;

5 - коэффициент ионизации. Коэффициент амбиполярной диффузи

Т„

t)

Т; - температура ионов;

- коэффициент диффузии ионов, Коэффициент ионизации

ISkfTe

, (А)

--а Тот rti - масса электрона;

д - потенциал ионизации; а - константа, определяющая сечение ионизации.

Когда концентрация анализируемой компоненты значительно меньше концентрации остального газа

-const, )nst

Учитывая также, что , как

функцию Те , можно представить в виSД подставляя уравнение

(1) в уравнение (2), получаем

-Эг f (5)

где константы С и CV определяются следуквдим образом:

(ь)

-

()

Воздействующее резонансное излучение, возбуждая атомы или молекулы определяемой компоненты газа, изменяет электропроводность, а следовательно ток и напряженность электрического поля в плазменной среде. Связь электропроводности Ь с током О и напряженностью электрического

5 поля Е Задается законом Ома: 3 Ь Е,

Записывается напряженность поля в виде Е ЕО - v Е где Е, - изменение электрического поля при воздействии света, и подставляя в (5), получаем формулу при определении концентрации атомов в положительном столбе тлеющего разряда

,„„-., (1

Анализ газов можно также проводить и в других плазменных средах, предварительно градуируя измерительное устройство.

Пример. Анализируемый многокомпонентный газ помещают в разрядную трубку с радиусом R 0,8 см. Основным газом является Не с .кон10

см

центрацией п

Определяют присутствие в исходном газе атомов Cs и их концентрацию. Освещают тлеющий разряд резонансным светом, насыщающим-переход атомов Cs, и регистрируют изменение напряженности электрического поля. Наличие изменения напряженности электрического поля свидетельствует о присутствии в исходном тазе атоМОЕ Cs . 567894 Вычисляют константы С и Crj по формулам (б) и (7). Для рассмотренного случая они равны С 21, С,1 11. Значение Е 1,22 в/см. Вычисленное по формуле 8 п. ICf Формула изобретения Способ определения концентрации компонент газовой, смеси, состоящий |в подаче исследуемой смеси в плазменную область тлеющего разряда и измерении тока.разряда, о т л и чающийся тем, что, с целью повышения точности измерений кон- ;86 центрацйи и обеспечения селективности метода, на плазменную область разряда воздействуют световым потоком с длиной волны, соответствукщеР энергетическим переходам атомов или молекул определяемой компоненты, а по изменению тока разряда судят о концентрации определяемой компоненты смеси. Источники информации, принятые во внимание при экспертиз 1. Авторское свидетельство СССР 131903, кл. G 01 N 27/00, 1970. 2. Патент Японии О 50-531, кл. 93 D 01, 1972.