Экспресс-методы и средства контроля природных сред и веществ на основе комбинированных оптических и ленгмюровских эффектов

• Автор: Бирюков, Владимир Георгиевич
• Шифр специальности: 05.11.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Обнинск
• Количество страниц: 115 с. : ил.

Актуальность

Цель работы

Научная новизна

Основные научные положения, выносимые на защиту

Практическая значимость

Достоверность результатов

Апробация работы и публикации

Личный вклад

Структура диссертации

Содержание диссертации

ГЛАВА 1 .ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЕЩЕСТВ

1.1. Фотометрический метод
1.2. Рефрактометрический метод
•' 1.3. Масс-спектрометрический метод
1.4. Резонансный метод
1.5. Хроматографический метод
1.6. Спектральный метод
ГЛАВА 2. НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
ЖИДКИХ ВЕЩЕСТВ И ПРИМЕСЕЙ В НИХ НА ОСНОВЕ МОНО-И МУЛЬТИМОЛЕКУЛЯРНЫХ СЛОЕВ ЛЕНГМЮРА
2.1. Краткая историческая справка и общие вопросы получения моно- и мультислоев
2.2. Исследование монослоев на поверхности воды
2.3. Технологические аспекты получения Л-Б пленок
2.4. Выводы к 2 главе
ГЛАВА 3. НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАЗРАБОТКИ
БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩЕЙ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОЙ СИСТЕМЫ ОБНАРУЖЕНИЯ ПРИМЕСЕЙ В АТМОСФЕРЕ И
Г ЖИДКИХ СРЕДАХ В ДИАПАЗОНЕ СПЕКТРА 1-12 МКМ
3.1. Новые варианты оптических систем регистрации излучений исследуемых
объектов

*' 3.2.Погрешности из-за нестабильности температуры эталонного источника излучения
3.3.Погрешности из-за фона интерференционного фильтра
3.4.Погрешности из-за изменения коэффициента отражения зеркал оптических систем
3.5.Погрешности из-за нестабильности частоты модуляции
3.6.Погрешности из-за неравномерности фронта импульса от источника излучения (несовершенства граней - лопастей модулятора)
3.7.Влияние постороннего немодулированного излучения на параметры
^ приемников СёН§Те(77К)
3.8-Оптический метод исследования жидких сред и примесей в них в диапазоне спектра от 1 до 12 мкм
3.9.Исследование тонкой структуры пропускания (поглощения) жидких веществ в диапазоне 1-12 мкм
3.10. Выводы к 3 главе
ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ АТМОСФЕРЫ,
ЖИДКИХ СРЕД И ВЕЩЕСТВ ПРИ ПОМОЩИ ЭКСПРЕСС-♦ СРЕДСТВ, СОЗДАННЫХ НА ОСНОВЕ КОМБИНИРОВАННЫХ
(ОПТИЧЕСКИХ И ЛЕНГМЮРОВСКИХ) МЕТОДОВ
4.1. Оптико-электронная система анализатора с разночастотной
модуляцией, двухвходовым приемником излучения
4.2. Обнаружение примесей в веществах при помощи быстродействующего анализатора
4.3. Сканирующий абсолютный радиометр для измерения низкотемпературных излучений замкнутых объемов и атмосферы, загазованной парами спиртов (этанола)

4.4.Исследование тонкой спектральной структуры пропускания атмосферы, загазованной парами спиртов
4.5.Система и технология экспресс-анализа на основе моно- и мультимолекулярных структур слоев веществ
4.6. Комбинированный (спектральный и ленгмюровский) метод определения загрязнений водоемов нефтепродуктами
4.7. Выводы к 4 главе
ф ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ
Актуальность. Проблема загрязнений окружающей среды (атмосферы, водоемов, сельхозугодий, лесов, почв и др.), обострившаяся последние два-три десятилетия, требует поиска путей создания сравнительно дешевых и мобильных средств экспресс-анализа сред, их охраны и реабилитации. Эта чрезвычайно тревожная проблема, к сожалению, находит понимание лишь у небольшой части населения Земли и России в частности. Последнее время активные благородные намерения «зеленых» остановить разрушающее воздействие человека на природную среду, пропаганда знаний об экологии Земли приводят к изменению отношений человечества к природе, в школах введены предметы по изучению экологии, создаются кафедры во многих учебных заведениях.
Изучение природной среды осложнено слабым развитием методов исследования и экспериментальной базы по созданию средств контроля и анализа.
Существуют и другие причины, связанные со слабой координацией работ и финансовыми проблемами, чему были посвящены последние научные конференции по мониторингу загрязнений природной среды [1,2].
Эти сложности особенно отягощают решение научных и производственных задач на предприятиях химической, пищевой, энергетической, нефтяной и других отраслей промышленности, которые связаны с большими потребностями исходных продуктов для обеспечения технологических процессов, влияющих на геофизическое и экологическое состояние Земли как планеты. Иногда эти процессы сопровождаются непреднамеренными выбросами отходов производств и сопутствующих загрязнителей в атмосферу, почву, на растительные покровы, в отстойные сооружения, природные водоемы, реки и др., вызывают нежелательные и даже опасные ситуации с жизнеобеспечением работающего персонала и проживающего вблизи предприятий населения [3-5]. Случается, что производственные процессы сопровождаются чрезвычайно сильным негативным воздействием на экологическое
состояние природных сред и окрестных территорий, реабилитация которых требует больших затрат или она вообще на современном уровне не удается [6-11].
Еще недостаточно развиты и методы оперативного контроля жидких сред, замутненных минеральными и органическими веществами, при производстве и сжигании углеводородного топлива, при производстве кислот, спиртов, сахаров и др. Неблагоприятная ситуация сложилась при контроле состава жидких сред, бард, сбраженных продуктов, являющихся кормами для животных. Существующие высокоточные резонансные и хроматографические методы контроля в промышленности часто не пригодны из-за сложности в эксплуатации, большой стоимости и медлительности
наилучшее пропускание фильтра. Фотография его представлена на рис.3.3. Фон фильтра по спектру длин волн обычно неравномерен. При разработке клиновых циркулярных интерференционных фильтров для снижения фона прибегают к тому, чтобы часть исследуемого спектра длин волн укладывалась на половине в секторе, равном 180° или даже четверти круга - в секторе, равном 90°. Погрешности за счет фона фильтра можно определить по формуле [13, 81]
] [г(А,Г)-г(А,ГЛ)МА)г*(А)Ы
ст(Л,Л0,АА)= , (3.4)
| [г(А,Г)-г(Л,тЖ^Л

где Ац - длина волны в максимуме пропускания фильтра;
АЛ - полуширина фильтра.
Эти погрешности увеличиваются с увеличением ширины диапазона фильтра, и при фоне 10~3 относительно максимума пропускания фильтра на длинах волн 8-13 мкм погрешности могут достигать 3-7%, когда используется эталонный источник при температуре 500К. Эти значения хотя и велики по сравнению с другими погрешностями, но они всегда остаются постоянньми для конкретных длин волн. В системе, изображенной на рис. 3.4, погрешности, вызванные фоном фильтра, практически полностью исключены за счет компенсации в дифференциальной системе.
3.4.Погрешности из-за изменения коэффициента отражения зеркал оптических систем
Коэффициент отражения любого материала, в том числе и зеркал, со временем ухудшается. Во многих двухканальных системах использованы различные автономные (независимые друг от друга) оптические зеркальные системы. К такому методу часто прибегают, чтобы упростить процессы сборки, настройки и замену элементов системы обнаружения. Старение, или влияние “жесткого” излучения, могут сильно снизить коэффициент отражения зеркал [88-90], что приводит к дополнительным погрешностям. Часто такие погрешности учесть сложно. Поэтому в двухлучевых двухканальных системах вводится оптический компенсационный клин. Иногда клинья или компенсирующие элементы вводят в обоих оптических каналах - и в эталонном, и в