О ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ УФ СВЕТОДИОДОВ В ТРАССОВЫХ ГАЗОАНАЛИЗАТОРАХ
, д. ф.-м. н., доц.,
, д. ф.-м. н., проф.,
, аспирант, РФФ
Томский государственный университет, 634050, г. Томск, пр. Ленина,36,
тел. +7 952-895-17-30
E-mail: *****@***com
В настоящее время для измерения малых концентраций загрязняющих газов в атмосфере широко применяется метод дифференциальной оптической абсорбционной спектроскопии (ДОАС). Первые измерения с использованием принципов ДОАС были проведены в конце 1970-х годов.
На рис. 1.приведена принципиальная схема, иллюстрирующая реализацию метода ДОАС.
Рис.1 – Интерпретация метода ДОАС.
Математически интенсивность принятого излучения на заданной длине волны описывается уравнением (1).
(1)
где 
- спектральная чувствительность, 
- исходная интенсивность, 
- сечение селективного поглощения газами 
, 
- сечения рассеяния Ми и Рэлея, соответственно, 
- концентрация j-го газа, 
, 
- концентрации аэрозольных и молекулярных рассеивателей [1].
На основе данного метода сконструированы измерительные приборы (системы) Sanоа (Франция), ДОАС-М1 (Россия), Opsis (Швейцария), позволяющие в режиме реального времени измерять концентрации загрязняющих газов в открытой атмосфере на уровне миллионных (ppm) и миллиардных (ppb) долей.
В качестве УФ источника излучения таких систем традиционно используются дуговые ксеноновые лампы высокого давлении. Они обладают несомненными достоинствами:
• широкий диапазон спектра (200 – 400 нм);
• плавное изменение интенсивности по спектру излучения (дифференциальная составляющая на уровне нескольких процентов);
• большая мощность светового потока (3000 люмен);
Однако, такого рода источники излучения имеют ряд существенных недостатков:
• ограниченность возможностью работы в открытой атмосфере (не более 1500 часов);
• ”плохая” стабильность дугового разряда (мерцание);
• трудоемкость эксплуатации;
• хрупкость;
• нет стабильности поджига;
• высокое энергопотребление (приводит к сложности создания портативных газоанализаторов);
Поэтому логичным является поиск и использование других источников излучения этого спектрального диапазона.
Применение светодиодов в качестве источника ультрафиолетового излучения трассовых газоанализаторов, позволит добиться ряда преимуществ по сравнению с традиционными лампами:
• повышение точности измерений;
• уменьшение трудоемкости эксплуатации;
• снижение себестоимости газоанализаторов;
• большое время работы в открытой атмосфере (от 40 000 до 60 000 часов);
• повышение конструктивной надежности (прочности);
• снижение энергопотребления;
При этом, разумеется, в настоящее время светодиоды не лишены недостатков, таких как:
• небольшая мощность светового потока;
• относительно малая ширина спектра (15 – 20 нм);
Рис.2 – Относительное спектральное распределение энергии по спектру.
Для увеличения мощности, при сохранении дальности зондирования придется использовать матрицу светодиодов.
В отличие от ксеноновой лампы, матрица светодиодов не является квазиточечным источником, а это значит, что не обходимо использование дополнительной системы коллимации. Система коллимации реализована в патенте на полезную модель, светодиодный источник узконаправленного светового пучка [2].
Модернизация и совершенствование трассовых газоанализаторов, на основе метода ДОАС, открывает ряд перспективных направлений:
- Возможность измерения концентраций ранее не измерявшихся газов и исследования процессов их трансформации (ранее не измеряемые газы (полициклические ароматические углеводороды, акролеин, кетоны и др., димеры O2-O2, O2-N2)). Томографические возможности (2D и 3D карты, пересекающиеся пучки, несколько приборов). Измерения с пространственным разрешением (DOAS LIDAR) [3].
Список литературы:
1. Ulrich Platt, Jochen Stutz. Differential optical absorbtion spectroscopy. Springer, Springer-Verlag Berlin Heidelberg. 2008. 593 с.
2. , , . Патент на полезную модель № 000. Светодиодный источник узконаправленного светового пучка. Дата публикации 20 Декабря 2012г.
3. , , // Письма в ЖТФ, 2009, том 35, вып. 15, с.97-104.
