Разработка и исследование оптического метода мониторинга соединений азота в атмосферном воздухе

• Автор: Исаев, Леонид Николаевич
• Шифр специальности: 05.11.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 169 с. : ил.

Оглавление диссертационной работы

Глава 1. Обзор и анализ существующих методов и приборов для измерения содержания оксидов азота в воздухе

1.1 Задачи обзора

1.2 Обзор методов и приборов для измерения содержания оксидов азота в воздухе

1.2.1 Метод гомогенной хемилюминесценции

1.2.2 Метод дифференциальной оптической адсорбционной спектроскопии

1.2.3 Электрохимический метод измерений

1.2.4 Метод гетерогенной хемилюминесценции

1.2.4.1 Метод гетерогенной хемилюминесценции «жидкость - газ»

1.2.4,2. Метод гетерогенной хемилюминесценции «твердое тело»

1.2.5 Метод УФ-фотометрии убыли озона, [13]

1.2.6 Метод измерения оксида азота на базе индуцированной лазером флуоресценции,
[16]
1.3 Анализ методов измерения оксида азота
Глава 2. Разработка экспериментальной установки
2.1 Экспериментальная установка для проведения окисления галловой кислоты в модельных условиях
2.1.1 Принцип действия и функциональная схема. Газовая и оптическая схема установки
2.1.2 Конструкция жидкофазного гетерогенного реактора
2.1.3 Конструкция и метрологические характеристики газоанализатора озона Циклон-5.31,
[105,99]
2.1.4. Приготовление озоно-воздушных газовых смесей
2.1.4.1 Генератор озона на принципе барьерного разряда
2.2 Установка для контроля характеристик твердотельного хемилюминесцентного датчика
2.3 Установка для исследования процессов газофазного титрования оксида азота озоном с измерением убыли озона методом хемилюминесцентной фотометрии
2.3.1 Модель процесса формирования оптического сигнала
Глава 3. Экспериментальная часть. Разработка и исследование характеристик оптического хемилюминесцентного датчика озона оптико-электронного анализатора оксида азота
3.1. Разработка хемилюминесцентного датчика озона оптико-электронного анализатора оксида азота
3.2. Исследование статических характеристик хемилюминесцентного датчика озона
3.2.1 Техника и методика эксперимента
3.2.2 Результаты эксперимента и их обсуждение
3.3. Исследование динамических характеристик хемилюминесцентного датчика озона
3.3.1 Техника и методика эксперимента
3.3.2 Результаты эксперимента и их обсуждение
3.3.3 Выводы
3.4.Анализ полученных результатов по исследованию статических и динамических характеристик ОХЛД. Обоснование необходимости совершенствования технологии производства датчика оптико-электронного анализатора оксида азота
3.5.Выбор объекта и его фазового состава для проведения спектрально-кинетических исследований механизма
3.6 Исследование спектров поглощения, хемилюминесценции и фотолюминесценции галловой кислоты в процессе ее окисления. Первичные экспериментальные данные и их обсуждение
3.7 Метод индуцированной люминесценции лабильных продуктов

3.8.Идентификация прекурсора образования веществ в электронно-возбужденном состоянии. Модель процесса образования карбонильных молекул в электронновозбужденном состоянии
3.9 Исследование реакции гетерогенного окисления озоном адсорбированной галловой кислоты на поверхности диоксида титана
3.10 Выводы, вытекающие из анализа полученных экспериментальных данных и механизма реакции окисления галловой кислоты озоном
3.11 .Технология изготовления безактивационного оптического датчика для оптикоэлектронного анализатора оксида азота
3.12 Выводы
Глава 4. Разработка и испытания опытного образца оптико-электронного газоанализатора N0
4.1 Блок-схема опытной установки
4.1.1 Камера титрования
4.1.2 Блок хемилюминесцентного твердотельного фотометра
4.1.3 Высокостабильный генератор озона
4.1.4 Стабилизированный источник УФ-излучения
4.1.4.1 Анализ стабильности работы генератора озона
4.1.5 Скруббер (фильтр) озона
4.1.6 Скруббер оксида азота
4.1.7 Прочие элементы прибора
4.2 Алгоритм работы газоанализатора
4.3 Спектральные характеристики ФЭУ
4.3.1 Пересчет интегральной чувствительности ФЭУ
4.3.2 Пересчет параметров ФЭУ-84-5, заданных в энергетических единицах по одному источнику (паспортному), к параметрам в энергетических единицах по другому произвольному источнику
4.3.3 К расчету КПД глаза по источнику типа «А»
4.3.4 К расчету КПД ФЭУ по источнику типа «А»
4.3.5 К расчету КПД ФЭУ по люминесценции ОХЛД
4.3.6 Пересчёт паспортной чувствительности ФЭУ-84-5, заданной в световых единицах по источнику «А», к чувствительности в энергетических единицах по люминесценции ОХЛД
4.3.7 Пороговый поток Фпе и обнаружительная способность ( 1/Фпе)
4.4 Сборка рабочего образца устройства
4.5 Первичные испытания опытного образца
4.5.1 Конструкция смесителя (проточного реактора) рабочего образца
4.5.2 Выбор соотношения расходов
4.5.3 Диапазон измерений газоанализатора
4.5.4 Первичная градуировка опытного образца
Глава 5. Метрологические испытания рабочего образца оптико-электронного газоанализатора
5.1 Программа испытаний
5.1.1 Установка нуля и контроль дрейфа нулевой линии
5.1.2 Градуировка газоанализатора
5.1.3 Определение основной и приведенной погрешностей измерения
5.1.4 Определение вариации показаний
5.1.5 Определение изменения выходного сигнала за регламентированный интервал времени
5.1.6 Определение собственного уровня сигнала шума образца
5.1.7 Определение суммарной дополнительной погрешности газоанализатора от влияния неизмеряемых компонентов
5.1.8 Натурные измерения оксида азота и озона
5.1.9 Сличение данных от рабочего образца анализатора N0 с результатами измерений,
полученными от сертифицированного анализатора оксидов азота
5.2 Выводы по главе
Заключение
Литература
Приложения
Приложение 1. Уровень изменения выходного сигнала за 7 суток непрерывной работы
рабочего образца оптико-электронного газоанализатора (по озону)
Приложение 2. Определение собственного шума рабочего образца оптико-электронного
газоанализатора (по озону)
Приложение 3. Определение влияния неизмеряемых компонентов
Приложение 4. Расчет КПД ФЭУ по люминесценции
Приложение 5. Сертификат об утверждении типа средства измерений генераторов озона

Приложение 6. Сертификат об утверждении типа генераторов газовых смесей

Приложение 7. Состояние делопроизводства по заявке на изобретение № 2012105701 ...168 Приложение 8. Акт внедрения оптико-электронного газоанализатора, выданный ЗАО
«01 ПЭК»
поглощения и спектров фотолюминесценции продуктов процесса.
Схема установки изображена на рисунке 2-1. Озон в динамических условиях получали при продувке газообразного кислорода через зону реактора с барьерным разрядом. Контроль концентрации озона в потоке осуществляли оптическим УФ-анализатором модели Циклон-5.31, [99].
Поток газовой смеси озон-кислород (озон-воздух) подавали в проточный стеклянный химический реактор, в нижней части которого был установлен фильтр Шотта для обеспечения лучшего массообмена поступающих молекул озона и молекул композиции.
После прохождения анализатора озона содержащая озон смесь проходит через клапан, к которому также подключен генератор 0-газа. В зависимости от положения клапана в реактор подается озон с известной концентрацией, либо 0-газ. Для наблюдения хемилюминесцентного свечения рядом с реактором перпендикулярно его оси установлен коллиматор 74-ЦУ, направляющий излучение через оптоволоконный кабель ЦЕ600-2-8Я-ВХ (диаметр оптического волокна 600 мкм, спектральный диапазон пропускания 200... 1100 нм) в светосильный спектрометр ()Е65000, подсоединенный к компьютеру с установленным программным обеспечением 8ресЦа8иЦе. На дисплее компьютера можно наблюдать спектры хемилюминесценции в динамике.
Через два стеклянных трубопровода, расположенных в верхней и нижней части реактора (материал реактора - молибденовое стекло), была установлена проточная оптическая кварцевая кювета, (марка кварцевого стекла - «КУ»). Данная конструкция кюветы позволяла осуществлять наблюдение за изменением оптической плотности в УФ и видимой части спектра. Для возбуждения спектра фотолюминесценции кювета облучается излучением от лазерного источника 405 нм. Для исключения попадания рассеянного света в фотоприемник, реактор помещали в светонепроницаемый бокс. Входные и выходные газовые магистрали, по