Замърсяване на атмосферата
Непрекъснато наблюдение на бензола чрез оптичен метод (InC-Интерферометрична корелация). Експериментално проучване на емисиите от превозни средства с ароматни въглеводороди
обобщение
Представяме приложението на оптична спектрална корелационна техника за селективно измерване на бензен в газови смеси. Описан е методът на измерване, както и неговото прилагане и оценката на прототип в лабораторията. Представени са и резултатите, получени по време на проучване за отделянето на бензен и други ароматни въглеводороди от моторно превозно средство.
Резюме
Представяме прилагането на метод на оптична спектрална корелация за селективно измерване на бензен в сложна газообразна смес. Методът е описан за първи път, както и оптимизираното му оптично изпълнение. Беше реализиран и оценен прототип на инструмент за наблюдение. След това се представят експериментални резултати за бензен и други ароматни моноциклични въглеводороди, получени от проучване на емисиите на отработени газове за превозно средство с бензинов двигател.
Записи в индекса
Ключови думи: анализатор на замърсяване, интерферометрия, автомобилни емисии
Ключови думи: мониторинг на замърсяването, интерферометрия, емисии от превозни средства
Съдържание
Пълен текст
В продължение на няколко години Лабораторията за оптичен спектрометричен анализ (LASO) разработва техника за газов анализ, основана на спектрална корелация с интерферометрична референция (Interferometric Correlation). Тази техника се оказва подходяща за откриване на молекули, показващи абсорбционен спектър със силен периодичен компонент, какъвто е случаят с много замърсяващи газове. Работата, извършена в LASO в сътрудничество с Elf Solaize Research Center, демонстрира възможността за откриване на SO2, O2, NO, NH3, NO2 в UV домейн, както и за HCl и CO в IR [1, 2]. На този принцип се използват търговски анализатори: Perspect UV многогазови анализатори, предлагани на пазара от компанията SCI-TEC Instruments, SO2 анализатори, SO2-NO-NO2 многогазови или NO-NO2 анализатори, предлагани на пазара от френската компания SERES. Проучване, проведено в сътрудничество с изследователския център на Renault в Ларди, накара последната компания да произведе устройство за моментално измерване на разхода на масло (AMICH) на двигателите на моторни превозни средства. В това последно приложение в изгорелите газове непрекъснато се измерва ограничено съдържание на SO2 от 5 ppb.m с време за реакция 5 s.
Опитът, придобит по време на това развитие, нарастващият интерес към атмосферното замърсяване от автомобилен произход, по-специално от ароматни въглеводороди [3], развитието на други техники за оптично измерване [4], ни накара да тестваме тази техника за анализ на InC за специфичното измерване на бензен. Следователно нашата цел беше да произведем, оценим и охарактеризираме анализатор, способен да измерва непрекъснато директно върху отработените газове количеството отделен бензен.
Интерферометрична референтна корелация
Използваната техника [1] се основава на измерване чрез спектрална корелация на абсорбцията на газа, съдържащ се в пробата. Спектрофотометър измерва светлинния поток след преминаване през газовата смес, последователно през два филтъра: единият е центриран в зоните на абсорбция на целевия газ, а другият в близост до тези зони. Измерването на разликата в светлинния поток дава възможност да се оцени концентрацията на целевия газ. Оригиналността на инструментариума се крие в начина, по който се разработват тези две спектрални предавания (Фигура 1): използва се филтър (широколентов, предаване F ()), който изолира спектралната област, избрана за търсения газ, свързана със спектрален филтър сплайн на синусоидално предаване, получен с помощта на модулиран интерферометър, показващ две допълнителни състояния на предаване (Tinterf () = 1/2 [1 ± cos (2 )]).
Фигура 1. Спектър на абсорбция на бензен и предаване на анализатора.
Абсорбционен спектър на предаване на бензен и анализатор.
Адаптиране към случая на бензен
Първият избор, който трябва да се направи, е този от спектралната област на анализ. Бензенът има характерни абсорбционни ленти в близкия ИЧ диапазон, разположени извън прозорците на пропускане на атмосферата (смущения във водни пари, CO2, озон и др.). Другите моноциклични ароматни въглеводороди (HA) показват подобни ровибронови спектри, със силни ивици, дължащи се на деформационните вибрации на връзката C-H. Други ленти с по-слаба интензивност, дължащи се на деформацията на бензеновия пръстен, са свързани с броя и позицията на заместителите, но малко с тяхната природа. Следователно възможностите за дискриминация между HA ще бъдат намалени и интерференцията с основните компоненти (H2O) смущаваща в IR.
Около 250 nm, C6H6 показва силно периодичен абсорбционен спектър. След това записът на количествен абсорбционен спектър (Фигура 2) ни позволява да оценим възможностите за откриване: електронната абсорбционна лента на бензола е центрирана при 0 = 40 000 cm -1 (250 nm) и най-силните преходи са на средно разстояние от период = 911 см -1 .
Фигура 2. Коефициент на моларна екстинкция на бензен (разделителна способност 0,5 Å).
Коефициент на моларна екстинкция за бензен (при разделителна способност 0,5 Å).
Проверката на рисковете от смущения показва, че в избрания спектрален диапазон (Фигура 3а, стр. 114), припокриването на спектъра се извършва само с малцинствени компоненти (серен диоксид и формалдехид). В допълнение, ние проверихме възможностите за дискриминация за някои въглеводороди, получени от бензен (Фигура 3b, стр. 114). Разликата в периодичността, както и изместването на спектрите, дава надежда за добра селективност.
Фигура 3а. Предаване на замърсяващи газове в UV.
SO2 = 500 ppm; C6H6 = 500 ppm; NO = 900 ppm; СН2О = 10 000 ppm.
Предаване на газообразни замърсители в UV домейн.
Фигура 3б. Абсорбционни спектри на бензен и моноядрени моно-, ди- и тризаместени аромати.
Абсорбционни спектри за бензен и ароматни моноциклични въглеводороди.
Инструментална реализация
Фигура 4. Блок-схема на анализатора.
Схематично представяне на анализатора.
Практическото изпълнение на анализатора съответства на диаграмата на фигура 4, стр. 115. Изборът на елементи се оптимизира чрез моделиране на оптичните параметри на такъв анализатор. Тук представяме основните елементи.