SU989405A1

SU989405A1 - Chemiluminiscent analysis method

Info

Publication number: SU989405A1
Application number: SU803222591A
Authority: SU
Inventors: Анатолий Вениаминович Цукерман; Александр Константинович Терещенко; Анатолий Иванович Навроцкий; Вадим Александрович Баженов; Валерий Павлович Холод; Владимир Кондратьевич Куринный
Original assignee: Киевское Научно-Производственное Объединение "Аналитприбор"
Priority date: 1980-12-26
Filing date: 1980-12-26
Publication date: 1983-01-15

Description

Изобретение относитс к газоаналигическим измерени м и может быть использовано при разработке хемилюминесцентных газоанализаторов, дл контрол содержани токсичных газовых Компонентов в окружающей атмосфере, промышленных выбросах, выхлопных газах двигателей внутреннего сгорани и др.The invention relates to gas analysis measurements and can be used in the development of chemiluminescent gas analyzers, to monitor the content of toxic gas components in the surrounding atmosphere, industrial emissions, exhaust gases of internal combustion engines, etc.

Хемилюминесцентный способ основан на измерении интенсивности оптического излучени , возникающего в результате протекани химической реакции между анализируемым газом и газом-реактантом . Способ предусматривает подачу в реакционную камеру анализируемой смеси и газа реактанта, измерение интенсивности излучени с помощью фотоэлектрического приемни .ка, преобразование сигнала фотоприемника и формирование выходного сигнала , пропорционального концентрации измер емого газа.The chemiluminescent method is based on measuring the intensity of optical radiation resulting from a chemical reaction between the analyzed gas and the reactant gas. The method involves feeding the reaction chamber of the analyzed mixture and the reactant gas, measuring the intensity of radiation using a photoelectric receiver, converting the photodetector signal and generating an output signal proportional to the concentration of the measured gas.

Известен способ хемилюминесцентно1 0 анализа озона путем измерени интенсивности и.злучени , сопровождающего химическую реакцию озона с . окисью азота. Потоки анализируемой газовой смеси и газа-реактанта с определенными расходами ввод т в реакционную камеру, в которой с помощью вакуумного насоса поддерживаетс строго посто нное давление (0,15 1,0 торр). Излучение через светопроницаемое окошко в реакционной камере регистрируют фотоэлектрическим приемником (фотоумножителем), снабженным электронно-измерительным прёобразо Q вателем l.A known method for chemiluminescently analyzing ozone by measuring the intensity of radiation and accompanying the chemical reaction of ozone. nitrous oxide. The flows of the analyzed gas mixture and the reactant gas are introduced into the reaction chamber at certain expenses, in which a strictly constant pressure (0.15 1.0 Torr) is maintained using a vacuum pump. Radiation through a translucent window in the reaction chamber is recorded with a photoelectric receiver (photomultiplier) equipped with an electronic measuring device Q with a detector l.

Недостатком такого способа вл етс нестабильность излучени , обусловленна значительной турбулентностью газовых потоков в услови х низкого давлени в реакционной камере.The disadvantage of this method is the instability of the radiation, due to the considerable turbulence of the gas flows under conditions of low pressure in the reaction chamber.

Наиболее близким к предлагаемому вл етс способ хемилюминесцентного анализа газов путем детектировани излучени , возникающего в результате The closest to the present invention is a method for chemiluminescent analysis of gases by detecting radiation resulting from

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,JQ chemiluminescent reaction by mixing the analyzed gas and gasereactant. The pressure in the reaction chamber is not less than 300 Torr, which ensures a stable flow of the chemiluminescent reaction f2j,

2525

Недостатком известных хемилк шнесцентных способов анализа вл етс снижение точности измерени концентрации газа при непрерывной работе газоанализатора в течение продолжи30 тельного времени (сотни и тыс чи часов ). Указанное снижение точности обусловлено изменением соотношени расходов газовой смеси и газа-реактанта в результате засорени газопо вод щих каналов; изменением условий в реакционной камере (температуры, давлени , прозрачности светопропус кающего окошка и др.)) изменением с временем характеристик фотоэлектрического приемника и электронно-изме рительного преобразовател . Цель изобретени - уменьшение по решности измерени концентрации газ при длительной работе газоанализато ра. Поставленна цель достигаетс .те что согласно способу хемилюминесцентного анализа газов пути детекти ровани излучени , возникающего в результате хемилюминесцентной реакции при смешивании анализируемого газа и газа реактанта, полученную смесь раздел ют 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 определ ют по измеренному соотношению расходов анализируемого газа и газа реактанта. На чертеже изображена схема, по сн юща 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 л ют 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 регистрируетс одним фотоприемным устройством 10.. В отличие от известного предлагае способ предусматривает смешивание и полное химическое взаимодействие анализируемого газа и газа-реактанта до поступлени 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 взаимодействи возможны следующие случаи. В первом случае, соотношение потоков таково, что имеет место избыток анализируемого газа по сравнению с газом-реактантом. Тогда в продуктах реакции находитс 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 находитс 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, регулиру 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 определ етс формулой У - у V т Р, i где х - концентраци газа-реактан та , об . % ; К - стехиометрический коэффициент реакции; Р - расход анализируемого газа в канале 1; Р - расход газа-реактанта в канале 2. Указанна формула позвол ет по звестным значени м концентрации гаа-реактанта , стехиометрического коффициента и измеренным каким-либо звестным способом (например, по пеепаду давлений) значени м расходовA disadvantage of the known chemical analysis methods is the reduction in the accuracy of measuring the gas concentration during continuous operation of the gas analyzer for a long time (hundreds or thousands of hours). This decrease in accuracy is due to the change in the ratio of the flow rates of the gas mixture and the reactant gas as a result of clogging of the gas passage channels; by changing the conditions in the reaction chamber (temperature, pressure, transparency of the light transmitting window, etc.)) by changing with time the characteristics of the photoelectric receiver and the electronic measuring transducer. The purpose of the invention is to reduce by decision the measurement of gas concentration during long-term operation of the gas analyzer. The goal is achieved. According to the method of chemiluminescent gas analysis of the radiation detection path resulting from the chemiluminescence reaction when mixing the analyzed gas and the reactant gas, the resulting mixture is divided into two equal streams and fed into two reaction chambers, one of which enters a powerful gas that causes a chemiluminescent reaction with the gas to be analyzed, and the other, an auxiliary gas, causing the same reaction with the reactant gas, while controlling the ratio of The concentrations of the analyzed gas and the reactant gas are such that the intensity of the radiation from both chambers is minimal and the concentration of the analyzed gas is determined by the measured cost ratio of the analyzed gas and the reactant gas. The drawing shows a diagram explaining the method. The analyzed gas mixture is fed through channel 1, and through channel 2 serves the reactant gas. In section 3, the mixing and complete chemical interaction of the gases takes place. Then the mixture containing the reaction products of the analyzed gas and the reactant gas is divided into two equal streams — channels 4 and 5. Through the channel 4, the gas enters the reaction chamber 6, and through channel 5 into the reaction chamber 7, B, the reaction chamber 6 Channel 8 is also fed with auxiliary gas, which causes chemiluminescent radiation when E1 interacts with the analyzed gas, and through channel 9 into the reaction chamber 7 serves another auxiliary gas capable of causing chemiluminescent radiation when interacting with the gas by the reactant. The total radiation of both reaction chambers is recorded by a single photodetector 10. In contrast to the known, the proposed method provides for mixing and complete chemical interaction of the analyzed gas and the reactant gas before they enter the reaction chamber. In this case, the quantitative ratio of the reacted parts of the analyzed gas and the reactant gas corresponds to the stoichiometric ratio, which in turn is strictly determined by the chemical reaction equation. When mixing the flows of the analyzed gas mixture and the reactant gas under the condition of their complete chemical interaction, the following cases are possible. In the first case, the flow ratio is such that there is an excess of the gas to be analyzed as compared with the reactant gas. Then in the reaction products there is a residue of unreacted analyte gas, which causes chemiluminescent radiation in the reaction chamber 6 when interacting with auxiliary gas entering through channel 8. In the second case, the flow ratio is such that there is an excess of reactant gas compared to the analyzed gas . Then in the reaction products there is a residue of a reactant gas, which causes chemiluminescent radiation in the reaction chamber 7 when interacting with the auxiliary gas entering through channel 9. In the third case, the flow ratio exactly corresponds to the stoichiometric ratio. In this case, in the reaction products, the analyzed gas and gas-reactant are absent, as a result of which the total radiation from both chambers is zero. In this way, by adjusting the ratio of the flow rates of gases in channels 1 and 2 using, for example, adjusting valves or other devices, it is possible to obtain the minimum signal of the photodetector 10, to establish the ratio between the flow of the analyzed gas and the reactant gas, equal to the stoichiometric ratio. In this case, the value of the concentration of the analyzed gas x is determined by the formula Y - y V t P, i where x is the concentration of the reactant gas, vol. %; K is the stoichiometric coefficient of the reaction; P is the flow rate of the analyzed gas in channel 1; P is the flow rate of the reactant gas in channel 2. The above formula allows for known values of the concentration of the ha-reactant, the stoichiometric coefficient and measured by a well-known method (for example, by means of pressure)

и Р2 найти величину концентрации х . При этом относительна погрешность измерени .концеитрации х определ етс относительной погрешностью измерени расходов (0,5-1,0%), что значительно (в 10-15 раз) меньше погрешности известного хемилюминесцентного способа. and P2 find the concentration value x. At the same time, the relative measurement error of the x concentration is determined by the relative error in the measurement of flow rates (0.5-1.0%), which is significantly (10-15 times) less than the error of the known chemiluminescent method.

Преимущество предлагаемого способа по сравнению с известным состоит также в том, что высока точность измерени сохран етс в течение длительного времени работы газоанализатора , поскольку такие факторы как нестабильность во времени характеристик приемника излучени , непосто нство условий в реакционной камере, нестабильность электронно-измерительного преобразовател не вли ют на результат измерени .The advantage of the proposed method in comparison with the known one is that the high accuracy of the measurement is maintained for a long time of operation of the gas analyzer, since such factors as the instability in time of the characteristics of the radiation receiver, inconsistency of conditions in the reaction chamber, the instability of the electronic measuring transducer on the measurement result.

Предлагаемый способ наиболее целесообразно использовать при пост« « . ««в ... Анализируемый Газ реакгазтант Окись азотаОзон ОзонЭтилен Измерительна уставов з ГХЛ-201230 Макет238,8 The proposed method is most appropriate to use when fasting ““. ““ In ... Analyzed Gas Reacter Gas Nitric Oxide Ozone Ozone Ethylene Measuring Charters for GHL-201230 Maket 238.8

Claims

1. US Patent 3528779, cl. G 01 N 21/22, published 1970.

2. The UK patent number 1341347, cl. G 01 N 21/00, published 1972 (prototype). lcd "" (WYM Auxiliary pelvis Equation Stoichiometry Ethylene Ozone O + 1/2 Concentration NO.ppm, with a duration of 6 and 12 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 Table 1 1 chemical 1 2 reaction coefficient Ozone Ethylene N0 + 0 N0 + 0 1 - NSNO +0 table2 work, h