Основные способы повышения чувствительности и селективности АМ.

Аналитические характеристики рассматриваемого варианта абсорбционного анализа определяются, прежде всего, точностью регистрации и значением изменений интенсивности прошедшего поглощающую среду зондирующего излучения и возможностью выделения отдельных линий (полос) поглощения определяемых компонентов газовых смесей. Решение основных проблем анализа, связанных с улучшением чувствительности и селективности метода, достигается путем увеличения толщины поглощающего слоя газа, повышения разрешающей способности приборов, а также использования различных приемов формирования и обработки аналитического сигнала.

Очевидность первого способа вытекает из Закона Бугера – Ламберта:

I_П = I₀{l-exp[-k(v)L]},

где I_П, I₀ - интенсивность поглощенного и зондирующего излучений, k (v)- спектральный коэффициент поглощения, L- толщина поглощающего слоя газа.

Второй способ оправдан стремлением полного выделения аналитической линии из регистрируемого спектра поглощения.

Если рассматривать третий способ, включающий различные приемы формирования и обработки аналитического сигнала, то можно выделить, по крайней мере, два нетривиальных приема формирования аналитического сигнала - дифференциальное поглощение и модуляция амплитуды сигнала. Преимущество таких приемов заключается в изменении характера сигнала и условий измерения, а именно: переход от регистрации малых изменений амплитуды относительно большого постоянного сигнала к регистрации либо амплитуды сигнала на нулевом фоне, либо меняющейся по периодическому закону амплитуды сигнала. Как известно, в этом случае может быть достигнута значительно большая точность измерений.

Существуют также две методики обработки сигнала: дифференцирование переменного аналитического сигнала и расчетный метод учета мешающих наложений.

Дифференциальный метод формирования аналитического сигнала имеет два варианта. Первый вариант - метод двух линий - состоит в том, что поглощение измеряют на двух частотах ν₀ и ν₁путем последовательного или одновременного пропускания через поглощающую газовую среду зондирующего излучения I(I₀), совпадающего с максимумом поглощения k(λ₀) линии (полосы) определяемого компонента, и I(λ₀) - c минимумом поглощения k(λ₀). Если известен дифференциальный коэффициент поглощения Δk=k(λ₀)-k(λ₁), то, измеряя отношение интенсивностей, можно рассчитать концентрацию поглощающих частиц по формуле:

где L- толщина поглощающего слоя газа

Второй вариант - метод двух лучей - состоит в том, что зондирующее излучение с некоторой частотой, желательно совпадающей с максимумом поглощения определяемого компонента, пропускают через две идентичные кюветы, одна из которых - рабочая - заполнена анализируемой газовой смесью, а вторая - опорная (или сравнения) - газовой смесью известного состава. Разность сигналов опорного и рабочего каналов есть мера концентрации определяемого компонента. Этот вариант метода обычно используют в автоматических абсорбционных газоанализаторах, применяя электрическую или оптическую компенсации нулевого сигнала.

Модуляционный метод формирования аналитического сигнала состоит в том, что различными способами добиваются синусоидального изменения интенсивности излучения попадающего на приемник излучения. Такой модуляции можно достичь двумя путями:

- с помощью специальных устройств, помещаемых перед приемником излучения, тогда измеряемый сигнал зависит только от той части зондирующего излучения, которая соответствует (коррелирует) спектру поглощения определяемого компонента газовой смеси.

- путем изменения частоты зондирующего излучения или частоты поглощения определяемых атомов или молекул при помещении их в магнитное (Зееман-эффект) или электрическое (Штарк-эффект) поля.

Во внешнем магнитном поле наблюдается явление расщепления энергетических уровней поглощающих или излучающих атомов или молекул на три (нормальный Зееман-эффект) или большее число (аномальный Зееман-эффект) компонент. Если источник излучения или абсорбционная кювета помещена в переменное магнитное поле, то наблюдается соответствующее сканирование частоты зондирующего излучения относительно линии поглощения или сканирование частоты линии поглощения относительно частоты зондирующего излучения. В этих случаях сигнал приемника модулируется по амплитуде с частотой изменения напряженности магнитного поля. Как правило, в переменное магнитное поле помещают источник излучения, реже - абсорбционную кювету.

Расщепление линий поглощения в электрическом поле (Штарк-эффект) используют для определения полярных молекул, например, аммиака или диоксида серы. При этом в переменное электрическое поле помещают абсорбционную кювету с анализируемым газом.

Дифференциальный метод обработки аналитического сигнала - метод производной - основан на измерении первой или второй производной от меняющегося по гармоническому закону сигнала приемника. Такая методика обработки аналитического сигнала позволяет выделять слабые линии поглощения на сильном фоне и тем самым улучшать аналитические характеристики метода за счет увеличения отношения полезного сигнала к шуму.

Интегральный метод обработки аналитического сигнала - метод учета мешающих наложений - основан на исследовании характера и интенсивности спектров поглощения анализируемых газов в некоторой области длин волн и учете их взаимных наложений. Такая методика обработки сигналов весьма трудоемка и практически невозможна без применения ЭВМ.

Кроме рассмотренных методов обработки регистрируемого сигнала, применяется прямое детектирование изменения интенсивности зондирующего излучения, прошедшего поглощающую газовую среду.

Аппаратура.

Простейшая схема абсорбционного газоанализатора включает:

источник зондирующего излучения; оптическую систему формирования пучка излучения; кювету с анализируемой газовой смесью; систему фильтров или монохроматор для выделения нужной области спектра излучения; приемник излучения и блок формирования и обработки сигнала.

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычис­лить, когда этот...

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...

Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: