Вимірювання діоксиду сірки SO2

Флуоресцентний метод визначення SO2

Метод грунтується на поглинанні молекулою SO2 ультрафіолетового (УФ) випромінювання та збудженні цієї молекули на одній частоті vi з подальшим випромінюванням флуоресценції на другій частоті :

(16.2)

(16.3)

Ультрафіолетове випромінювання направляється в реакційну камеру, яка містить повітря з SCb (рис. 16.6).

Діоксид сірки має інтенсивне поглинання в ультрафіолетовій (200-240 нм) області спектра, тоді як спектр випромінювання флуоресценції SO2 знаходиться в області 300-400 нм. Молекули SO2 збуджуються ультрафіолетовим випромінюванням та швидко переходять в основний стан, випромінюючи фотони інфрачервоного діапазону. Фотопомножувач перетворює світловий сигнал на електричний, величина якого пропорційна концентрації SO2 [Artiola, 2004].

Прилад для вимірювання спектра флуоресценції називають спектрофлуориметром. Він складається з джерела збудження флуоресценції (газорозрядної лампи), ультрафіолетового (214 нм) фільтра, реакційної камери та системи реєстрації. Флуоресцентне випромінювання (350 нм) надходить у фотопомножувач, сигнал з виходу якого пропорційний концентрації SO2. Опорний детектор використовується для корекції коливань інтенсивності лампи.

Рис. 16.6. Флуоресцентний метод визначення SO2

Флуоресценція є активним процесом. Ось чому спектрофлуориметри характеризуються високою чутливістю.

Відкриті системи аналізу повітря

Диференційна оптична спектроскопія поглинання

Основна ідея методу полягає у порівнянні концентрації забруднюючої речовини з поглинанням оптичного випромінювання цією речовиною згідно з законом Бера-Ламберта. Проте слід зазначити, що застосування цього закону ускладнюється через можливий вплив розсіювання атмосферних молекул та аерозолів. Отже всі ці компоненти вносять вклад у загальне поглинання атмосфери. Ці труднощі можна подолати завдяки диференційній оптичній спектроскопії поглинання (Differential Optical Absorption Spectroscopy, DOAS) [Platt, 1994].

Типовий диференційний спектрометр поглинання складається з джерела світла (ксенонова лампа), випромінювання якої проходить через телескоп, який виконує функції коліматора; ретрорефлектора, який відбиває оптичне випромінювання у зворотному напрямку; кварцового світловоду для передачі випромінювання з телескопа у монохроматор; спектрографа, що містить монохроматор з дифракційною решіткою та системи реєстрації (рис. 16.7). Оптичне випромінювання проходить через атмосферу (оптичний шлях може досягати 0,5-1,5 км), що аналізується.

Диференційний спектрометр поглинання вимірює поглинання на двох довжинах хвиль – випромінювання однієї (λο) довжини хвилі збігається зі смугою поглинання об'єкта (газу чи забруднення), тоді як випромінювання другої (λω) довжини хвилі збігається з основою смуги поглинання. Поглинання об'єкта порівнюється з поглинанням забруднюючої речовини з відомою концентрацію. Такі дані знаходяться у банку даних спектрометра.

Рис. 16.7. Схема типового диференційного спектрометра поглинання

За допомогою диференційного спектрометра поглинання можна вимірювати компоненти смогу у повітрі міст (такі як ΝΟx, SOx, О3, формальдегід), забруднюючі речовини у повітрі індустріальних зон, аеропортів та автострад, контролювати концентрації викидів із труб промислових підприємств, здійснювати моніторинг якості повітря тропосфери та стратосфери.

Ця техніка може бути застосована для одержання томографічних зображень просторового розподілу забруднень в атмосфері. З цією метою застосовують дві вежі з диференційними спектрометрами поглинання та кількома (від 4 до 20) ретрорефлекторами. Така система дає можливість побудувати дво- та тривимірні зображення (томограми) слідових концентрацій забруднюючих речовин у просторі [Poehler, 2005].

Диференційний спектрометр поглинання здатний вимірювати слідові кількості різних видів газів одночасно; характеризується високою чутливістю та низьким (1 мкг/м3) порогом детектування. До недоліків належать залежність результатів вимірювань від погодних умов та висока вартість обладнання.