Способ определения концентрации молекулярного йода в газах

 

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 реперной 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 реперных 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

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (g1)g G 0l N 21/64

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР! . (21) 4672057/25 (22) 03 04 ° 89 (46) 30»03«91» Бюл» Б - 12 (71) Московский инженерно. физический институт (72) 10,П»3 аспа, . С. В, Киреев и Е Д Проценко (53) 543»42 (088. 8) (56) Немец. В,М» .и др» Спектральный анализ неорганических газов» .Л»:

Химия, 1988, 186-187 °

Патент США 1« - 4188120, кл» G 01 1 3/30, 1980 (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ

МОЛЕКУЛЯРНОГО ЙОДА В ГАЗАХ

{57) Изобретение относится к атомной энергетике и охране окружающей средь!, Цель изобретения - повышение правильности определения концентрации изотопа I „находящегося в смеси

«2Ф

«27 с 1 в газах, и определение конИзобретение относится к из.:.ерительной технике и может найти применение в атомной энергетике, охране окружающей среды при измерениях концентрации примесей молекулярного йода в газовых средах

Целью изобретения является повы» шение правильности определения концентрации изотопа " 1 1 в смеси с изо ° топом " 1 при одновременном опреде

«27 ленни концентрации J в газе»

На чертеже изображена схема реа» лизации способа измерения концентра ции молекулярного йода в газах.

На чертеже обозначены: 1 - пере» страиваемый по частоте гелий-неоно2 центрации « 7 1 в этой смеси, Дополнительно возбуждают флуоресценцию молекулярного йода во второй реперной ячейке с известными концентра» ц ями изотопов «291 и «71 в газе п и

«г7 относительном содержании изотопа «J

«2 в смеси с 1 1 — 40»60% и флуорес«г7 ценцию I в третьей реперной ячей

2 ке с известной концентрацией "г71 .в газе» Возбуждение флуоресценции мо» лекулярного йода в исследуемой ячей ке, первой, второй и третьей репер» ных ячейках последовательно произво« дитю в двух диапазонах частот перестраиваемого по частоте гелий»неонового лазера при частоте 0-1,0 ГГцв длинноволновую сторону от центра неотстроенного контура усиления гоNe, при 1,2-2,2 ГГц - в коротковолновую сторону от центра неотстроенного кон тура усиления 2 Ne. 1 ил» вый лазер; 2 - модулятор лазерного излучения; 3 исследуемая ячейка со смесью изотопов «9.1 и 1 в газе;

«г7

4 первая реперная ячейка с извест» ной концентрацией изотопа « 9 J. в га» зе, 5 - вторая реперная ячейка с из вестными концентрациями изотопов «г91

«27 и 1 в газе при относительном содержании изотопа "291 в сме,и с 1271

40»60%; 6 третья реперная ячейка с известной концентрацией изотопа в газе; 7 10 — светофильтры; 11 14фотоэлектронные умножители; 15блок питания фотоэлектронных умножителей; 16 - детектор сигналов с фото» электронных умножителей.

1638614

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 тура усиления гс Ne. Излучение лазера 10 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 че реэ .соответствующие светофильтры, от". секающие рассеянное лазерное излуче 20 ние, и попадают в соответствующие фо тоэлектронные умножители, где преобразуются в электрические сигналы флуоресценции» Электрические сигналы флуоресценции с выходов фотоэлектрон- 25 ных умножителей поступают в детектор, где выделяются из шумов фотоэлектрон ных умножителей путем синхронной.де модуляции этих сигналов (опорный сиг нал с частотой модуляции лазерного излучения подается на детектор от мо дулятора лазерного излучения) и ре гистрируются» Затем частотный контур лазера настраивается на второй диапа" зон частот 1,2 ?,2 ГГц в коротковоп новую сторону от центра неотстроенно го контура усиления Ne и регистра ция электрических сигналов флуорес» ценции от ячеек производится в этом диапазоне частот лазера, Детектор 40 производит вычисление концентраций молекул 1 9 J 129 2 " J 127 J

МОЛЕКул

У 2 в исследуемой ячейке путем решения системы уравнений:

Ф

S (М1.х +2 Р1 х, у; + 3«1 у ) и" (жг х +2 p x; у«+ f2 y? ) nj ° х „ + уо = 1, i = О, 1, 2, 3, где S, S2 .(i =0,1,2,3) — сигналы флуоресценции от исследуемой, первой, второй и третьей реперных ячеек при настройке частотного контура лазера на первый и второй диапазоны частот соот вет ственно; и,,х.;,у (i=0,1,2,3) — концентрация

1 молекулярного йода и относительное содержание изотопов «29 J. и <27.1 в смеси в исследуемой, первой, второй и третьей реперных ячейках соответственно;

0(<,Мг, p„p2,$,,3r 2-постоянные коэффициенты, одинаковые в уравнениях для сигналов флуоресценции от всех яче» ек ввиду идентичности условий воз буждения и регистрации флуоресценции в я чей к ах (при неиде нтич но сти этих условий необходимо вводить дополнительные поправочные коэффициенты, .

Уравнения системы учитывают вклад

B сигналы флуоресценции от молекул

М9 1г9 127 127

12, 1 I,,J2 при суммарной концентрации молекулярного йода до. 10 мол/см, когда самотушение

1b 3 флуоресценции не искажает линейность зависимости сигнала флуоресценции от концентрации молекулярного йода. Так как значения S, S. (i 0,1,2 3), и", х;, у, (i= i „2, 3) известны, то приведенная система уравнений разрешима относительно и „, х,„у . Из двух ее решений выделяется единственное, имеющее физический смысл. Концентрации молекул 12 3 129 J "27 1 127 1

Я„у У 2 в исследуемой ячейке выражаются через величины и, х,, у„в следующем виде г п«291 = по Х п«291«г7 1 = 2 nî xî yî э Z п«27 4 по уо ° так как глубок Очистка 9 1 я

129 ляется дорогостоящей технической операцией» то в данных измерениях для наполнения первои репернои ячеики использовался йод с обогащением

"29 J — 87%, что соответствует отно» сительному содержанию молекул 2 в

2 смеси 76%, Наличие относительно небольшой добавки "27 3 к " 9J в первой реперной ячейке сказывается лишь на чувствительности детектирования

«й но не на его правильности, так как приведенная выше система ( уравнений для расчета концентраций молекул йода в исследуемой ячейке при таком изотопическом составе йода в первой реперной ячейке разрешик«а, Максимальное относительное содержание молекул о.1 1 во второй

120 127 реперной ячейке (50%) реализуется при ее заполнении,изотопами 129Л и

127 7 ..Х в соотношении 1: 1 В диапазоне, относительных содержаний 129 1 в сме си 40"60% отличие от максимума не превышает 2%» Необходимость дос

5 1б38б 1 тижения максимального относительного содержания молекул 1 1 во вто»

poH.реперной ячейке обусловлена тем, что в естественных условиях долго5 живущ и изотоп 4291 Опр деляет к примесь к стабильному "г 1, При этом подавляющая часть "2 J находится в виде 1 .1 ".1, а не в виде 2 1 Iz.

Максимальное относительное содер- 10 27 жанне молекул 1 в третьей репера ной ячейке (100%) легко достигается при ее заполнении чистым <271, Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить правильность 15 определения изотопа йода 1 и обес 29 печивает возможность определения изотопа,Л в смеси»

Формула изобретения

Способ определения концентрации молекулярного йода в газах, включаю" щий модуляцию излучения гелий-неонового лазера, облучение лазерным мо дулированным излучением ячейки, содержащей исследуемый газ, и реперной ячейки, содержащей газ с известной концентрацией изотопа йода 2 .1, регистрацию сигналов флуоресценции от исследуемой и реперной ячеек и оп- 30 ределение искомой концентрации по величине полученных сигналов, о т л и чающий с я тем, что, с целью повышения правильности определения концентрации изотопа йода 1 9 J в сме 35 си с изотопом иода J при одновре гт мениом определении относительного со» держания изотопов " 2, дополнительно

127

4 6 облучают лазерным излучением две реперные ячейки, в одной из которых содержится газ со смесью изотопов 1211 и 2 при относительном содер

Л27 жанни 40»б0% изотопа 9 Х, а в дру гой — газ с известной концентрацией

127 изотопа 7 g, р еги стрируют си гналы флуоресценции S и Я от исследуемой и реперных ячеек при облучении их излучением в двух диапазонах частот, первый из которых соответствует час тотам - (О . 1,0 ГГц), а второй4 + (1,2 ". 2,2 ГГц), где )» - часто та центра неотстроенного контура уси ления Ne, при этом расчет искомых концентраций проводят по системе уравнений:

S = (,х, + 2(,x;y,+11, у.) n; °

2 2

В

8 = (М хг+ 2 г хy,+ II уг) n;, хо+ уо 1ю где 8,, Бг, (i=-0,1,2,З) — сигналы флуоресценции от исследуемой, первой, второй и третьей реперных ячеек при облуче» нии их в первом и во втором диапазонах час тот соответственно; и, х;, у, — концентрация молеку» лярного йода и относи тельное содержание из о» топов "гз 1 и "7r в сме си; (! «Ог» Ду РА

- градуировочные коэффи" циенты, 163861 4

Составитель:0 Бадтиева

Техред Л,0лийнык Корректор Л Пилипенко

Редактор А,Лежнина

Заказ 924

Подписное

Тираж 408

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-ÇS, Раушская наб., д. 4/5

ЮW

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