Способ хемилюминесцентного анализа Советский патент 1983 года по МПК G01N21/76 

Изобретение относится к газоаналигическим измерениям и может быть использовано при разработке хемилюминесцентных газоанализаторов, для контроля содержания токсичных газовых Компонентов в окружающей атмосфере, промышленных выбросах, выхлопных газах двигателей внутреннего сгорания и др.

Хемилюминесцентный способ основан на измерении интенсивности оптического излучения, возникающего в результате протекания химической реакции между анализируемым газом и газом-реактантом. Способ предусматривает подачу в реакционную камеру анализируемой смеси и газа реактанта, измерение интенсивности излучения с помощью фотоэлектрического приемни.ка, преобразование сигнала фотоприемника и формирование выходного сигнала, пропорционального концентрации измеряемого газа.

Известен способ хемилюминесцентно1 0 анализа озона путем измерения интенсивности и.злучения, сопровождающего химическую реакцию озона с . окисью азота. Потоки анализируемой газовой смеси и газа-реактанта с определенными расходами вводят в реакционную камеру, в которой с помощью вакуумного насоса поддерживается строго постоянное давление (0,15 1,0 торр). Излучение через светопроницаемое окошко в реакционной камере регистрируют фотоэлектрическим приемником (фотоумножителем), снабженным электронно-измерительным прёобразо Q вателем l.

Недостатком такого способа является нестабильность излучения, обусловленная значительной турбулентностью газовых потоков в условиях низкого давления в реакционной камере.

Наиболее близким к предлагаемому является способ хемилюминесцентного анализа газов путем детектирования излучения, возникающего в результате

JQ хемилюминесцентной реакции при смешивании анализируемого газа и газареактанта. При этом давление в реакционной камере не менее 300 торр,что обеспечивает стабильное протекание хемилюминесцентной реакции f2j,

25

Недостатком известных хемилк шнесцентных способов анализа является снижение точности измерения концентрации газа при непрерывной работе газоанализатора в течение продолжи30тельного времени (сотни и тысячи часов). Указанное снижение точности обусловлено изменением соотношения расходов газовой смеси и газа-реактанта в результате засорения газопо водящих каналов; изменением условий в реакционной камере (температуры, давления, прозрачности светопропус кающего окошка и др.)) изменением с временем характеристик фотоэлектрического приемника и электронно-изме рительного преобразователя. Цель изобретения - уменьшение по решности измерения концентрации газ при длительной работе газоанализато ра. Поставленная цель достигается.те что согласно способу хемилюминесцентного анализа газов пути детекти рования излучения, возникающего в результате хемилюминесцентной реакции при смешивании анализируемого газа и газа реактанта, полученную смесь разделяют на два равные потока и подают в две реакционные камеры, в одну из которых поступает вспо могательный газ, вызывающий хемилюминесцентную реакцию с анализируемым газом, а в другую - вспомогательный Гс13, вызывающий такую же реакцию с газом-реактантом, при этом регулиру ют соотношение расходов анализируемого газа и газа-реактанта таким образом, чтобы интенсивность излучени из обеих камер была минимальной, а концентрацию анализируемого газа определяют по измеренному соотношению расходов анализируемого газа и газа реактанта. На чертеже изображена схема, поясняющая способ. Анализируемую газовую смесь подают по каналу 1, а по каналу 2 подают газ-реактант. На участке 3 происходит смешивание и полное химическое взаимодействие газов. Затем смесь, содержащую продукты реакции анализируемого газа и газа-реактанта, разде ляют на два равные потока - каналы 4 и 5. По каналу 4 газ поступает в реакционную камеру 6, а по каналу 5 в реакционную камеру 7, В реакционную камеру 6 по каналу 8 подают также вспомогательный газ, вызывающий хемилюминесцентное излучение при Е1заимодействии с анализируемым газом а по каналу 9 в реакционную камеру 7 подают другой вспомогательный газ способный вызвать хемилюминесцентное излучение при взаимодействии с газом реактантом. Суммарное излучение обеих реакционных камер регистрируется одним фотоприемным устройством 10.. В отличие от известного предлагае способ предусматривает смешивание и полное химическое взаимодействие анализируемого газа и газа-реактанта до поступления их в реакционную камеру. При этом количественное соотношение прореагировавших частей анализируемого газа и газа-реактанта соответствует стехиометрическому отношению, которое в свою очередь строго определено уравнением химической реакции. При смешиваний потоков анализируемой газовой смеси и газа-реактанта при условии их полного химического взаимодействия возможны следующие случаи. В первом случае, соотношение потоков таково, что имеет место избыток анализируемого газа по сравнению с газом-реактантом. Тогда в продуктах реакции находится остаток непрореагировавшего анализируемого газа, который вызывает хемилюминесцентное излучение в реакционной камере 6 при взаи oдeйcтвии со вспомогательным газом, поступающим по каналу 8. Во втором случае,соотношение потоков таково, что имеет место избыток газа-реактанта по сравнению с анализируемым газом. Тогда в продуктах реакции находится остаток газа-реактанта, который вызывает хемилюминесцентное излучение в реакционной камере 7 при взаимодействии со вспомогательным газом, поступающим по каналу 9. В третьем случае, соотношение потоков точно соответствует стехиометрическому соотношению. В этом случае в продуктах реакции анализируемый газ и газ-реактаит отсутствуют, вследствие чего cyм.1apнoe излучение из обеих камер равно нулю. Таки-м образом, регулируя соотношение расходов газов в каналах 1 и 2 с помощью, например, регулировочных вентилей или других устройств, .можно получить минимальный сигнал фотоприемника 10, т.е. установить соотношение между потоками анализируемого газа и газа-реактанта, равное стехиометрическому отношению. В этом случае значение концентрации анализируемого газа х определяется формулой У - у V т Р, i где х - концентрация газа-реактан та , об . % ; К - стехиометрический коэффициент реакции; Р - расход анализируемого газа в канале 1; Р - расход газа-реактанта в канале 2. Указанная формула позволяет по звестным значениям концентрации гаа-реактанта, стехиометрического коффициента и измеренным каким-либо звестным способом (например, по пеепаду давлений) значениям расходов

и Р2 найти величину концентрации х . При этом относительная погрешность измерения.концеитрации х определяется относительной погрешностью измерения расходов (0,5-1,0%), что значительно (в 10-15 раз) меньше погрешности известного хемилюминесцентного способа.

Преимущество предлагаемого способа по сравнению с известным состоит также в том, что высокая точность измерения сохраняется в течение длительного времени работы газоанализатора, поскольку такие факторы как нестабильность во времени характеристик приемника излучения, непостоянство условий в реакционной камере, нестабильность электронно-измерительного преобразователя не влияют на результат измерения.

Предлагаемый способ наиболее целесообразно использовать при пост« «. ««в ... Анализируемый Газ реакгазтантОкись азотаОзонОзонЭтилен Измерительная уставов зГХЛ-201230 Макет238,8

Формула изобретения

Способ хемилюминесцентного анализа газов путем детектирования излучения, возникающего в результате хёмилюминесцентной реакции при смешивании анализируемого газа-реактанта, отличающийся тем, что, с целью уменьшения погрешности измерения , полученную смесь газов разделяют на два потока и подают в две реакционные камеры, в одну из которых поступают вспомогательный газ, вызывающий хемилюминесцентную реакцию с анализируемым газом, а в другую - вспомогательный газ, вызываюроении высокоточных образцовых средств измерений, предназначенных для аттестации поверочных газовых смесей.

Примеры реализации предлагаемого способа для измерения конкретных газов приведены в табл. 1.

Результаты сравнительных испытаний установки, реализунядей предлагаемый способ применительно к окиси азота, и опытного образца хемилюминесцентного газоанализатора на окись азота ГХЛ-201, построенного по общепринятой схеме, представлены в табл. 2.

Относительная погрешность измерений для газоанализатора ГХЛ-201 2,9% для макетной установки 0,15%.

Таким образом, предлагаемый способ хемилюминесцентного анализа позволяет существенно уменьшить погрешность измерений.

ий такую же реакцию с газом-реактантом, при этом регулируют соотношение

расходов анализируемого газа и гаэареактанта таким образом, чтобы интенсивность излучения из обеих камер была минимальной, а концентрацию анализируемого газа определяют по измеренному соотношению расходов анализируемого газа и газа-реактанта.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Патент США 3528779, кл. G 01 N 21/22, опублик. 1970.

2.Патент Великобритании №1341347, кл. G 01 N 21/00, опублик. 1972 (прототип). жк « «(ВЯМ Вспомогательный таз Уравнение СтехиометЭтилен Озон О + 1/2 Концентрация NO.ppm, при продолжительности б Г 9 f 12 I 15 18 21 24 225 245 238 242 230 240 242 239,0 238,2 538,5 238,2 238,0 238,0 238,4 Таблица 1 1 химической рический 1 2 реакции коэффициент Озон Этилен N0 + 0 N0 + 0 1 - НСНО +0 аблица2 работы, ч