Русский   English
ДонНТУ   Портал магістрів

РЕФЕРАТ

Зміст реферату


Вступ

Оцінка забруднення повітряного басейну міста Донецька здійснювалася за даними Донецького гідрометеоцентру для середньодобових значень концентрацій шкідливих речовин на контрольних постах [1].

Загальний рівень забруднення повітря в Донецьку становить вище середнього по Донбасу і оцінюється фахівцями як вкрай високий.

Фахівці визначають в повітрі Донецька більше двох десятків різних шкідливих речовин. Найбільше серед них: пилу, сажі, діоксиду сірки, оксиду водню, формальдегідів, вуглеводнів і т.д.

Одним з головних забруднювачів повітря Донецька і Донецької області, за даними департаменту екологічного контролю Міністерства охорони навколишнього природного середовища є – транспорт.

Високий рівень забрудненості атмосфери міста Донецька, вимагає проведення ефективних заходів, спрямованих на зниження токсичності відпрацьованих газів автомобільного транспорту.

В даний час, контроль концентрації викиду бенз(а)пірену в вихлопних газах проводиться вкрай рідко, так як виявлення бенз (а) пірену трудомістким і при малих концентраціях, відомі методи виявлення результатів не дають. Слід пам'ятати, що контроль даного параметра – бенз(а)пірену, вкрай важливий для нашого регіону, так як через це компонента захворюваність онкологічними хворобами в нашому регіоні вкрай велике. Отже, необхідний більш частий контроль в житловому масиві міста.


1. Актуальность темы

Забруднення атмосферного повітря є однією з найсерйозніших екологічних проблем багатьох промислових міст. Вплив забруднення повітря на здоров'я людини проявляється через скорочення середньої тривалості життя, збільшення кількості передчасних смертей, зростання захворюваності і негативний вплив на розвиток дітей. Тому вимір вихлопних газів є важливою частиною концепції екологічного захисту.


2. Мета роботи

Мета роботи полягає в тому, щоб розробити структурну схему приладу контролю концентрації бенз(а)пірену в викидах автомобільного транспорту.


3. Постановка завдання досліджень

Для досягнення поставленої мети необхідно дослідження і вирішення наступних завдань:

  1. Проаналізувати існуючі методи виявлення концентрації бенз(а)пірену в викидах автомобільного транспорту, вибрати метод, який дозволить більш точно виявити бенз(а)пірен в газовій хмарі.
  2. Розробити структурну схему приладу вимірювання концентрації бенз(а)пірену в викидах автомобільного транспорту.
  3. Спроектував вимірювальний перетворювач приладу вимірювання концентрації бенз(а)пірену в викидах автомобільного транспорту.


4. Аналіз об'єкта контролю. Огляд існуючих методів вимірювання бенз(а)пірену

4.1. Забруднення повітряного середовища Донецька

Автомобіль – найбільш масовий і доступний вид транспорту, який здійснює місцеві і міжнародні пасажирські перевезення і обслуговуючий всі галузі господарства. Кількість автомобілів у світі безперервно зростає. До теперішнього часу число автомобілів становить понад 700 млн. од.

На жаль, автомобільний транспорт є одним з основних джерел забруднення повітряного басейну великих міст і грає негативну роль у формуванні санітарних умов, як на магістралях, так і в житлових масивах. Практично всі автомобілі обладнані двигунами внутрішнього згоряння. На кожну машину в середньому припадає близько 3 кг викидів шкідливих речовин щодня. При згорянні моторного палива в вихлопних газах автотранспорту виявляється понад 300 різних речовин. З них найбільш поширені – свинець, оксиди азоту, сірки і вуглецю, вуглеводні, сажа, бензапірен, різні види пилу.

Вихлопні гази – основне джерело токсичних речовин двигуна внутрішнього згоряння. Це неоднорідна суміш різних газоподібних речовин з різноманітними хімічними і фізичними властивостями, що складається з продуктів повного і неповного згоряння палива, надлишкового повітря, аерозолів і різних мікродомішок (як газоподібних, так і у вигляді рідких і твердих частинок), що надходять з циліндрів двигунів в його випускну систему. У своєму складі вони містять близько 300 речовин, більшість з яких токсичні.

Основними нормованими токсичними компонентами вихлопних газів двигунів є оксиди вуглецю, азоту та вуглеводні. Крім того, з вихлопними газами в атмосферу надходять граничні і ненасичені вуглеводні, альдегіди, канцерогенні речовини, сажа та інші компоненти. Зразковий склад вихлопних газів представлений в таблиці 1.

При роботі двигуна на етілірованном бензині в складі вихлопних газів присутній свинець, а у двигунів, що працюють на дизельному паливі – сажа.


Таблиця 1 – Склад вихлопних газів

Компоненти вихлопного газу
Зміст за обсягом, %
Примітка
Двигуни
Бензинові
Дизелі
Азот (N2)
74,0–77,0
76,0–78,0
Нетоксичний
Кисень (O2)
0,3–8,0
2,0–18,0
Нетоксичний
Пари води (H2O)
3,0–5,5
0,5–4,0
Нетоксичний
Диоксид вуглецю (CO2)
5,0–12,0
1,0–10,0
Нетоксичний
Оксид вуглецю (CO)
0,1–10,0
0,01–0,5
Токсичний
Чи не канцерогенні вуглеводні
0,2–3,0
0,009–0,5
Токсичний
Альдегіди
0,0–0,2
0,001–0,009
Токсичний
Оксид сірки
0,0–0,002
0,0–0,03
Токсичний
Сажа, г/м3
0,0–0,04
0,01–1,10
Токсичний
Бензопропілен, мг/м3
0,01–0,02
до 0,01
Канцероген

Оксид вуглецю (CO – чадний газ)

Прозрачний, який не має запаху отруйний газ, трохи легший за повітря, погано розчинний у воді. Оксид вуглецю – продукт неповного згоряння палива, на повітрі горить синім полум'ям з утворенням діоксиду вуглецю (вуглекислого газу).

У камері згоряння двигуна CO утворюється при незадовільному розпилюванні палива, в результаті холодно полум'яних реакцій, при згорянні палива з нестачею кисню, а також внаслідок дисоціації діоксиду вуглецю при високих температурах. При подальшому згоранні після займання (після верхньої мертвої точки, на такті розширення) можливе горіння оксиду вуглецю при наявності кисню з утворенням діоксиду. При цьому процес вигоряння CO триває і в випускному трубопроводі.

Необхідно відзначити, що при експлуатації дизелів концентрація CO у вихлопних газах невелика (приблизно 0,1 – 0,2%), тому, як правило, концентрацію CO визначають для бензинових двигунів.

Оксиди азоту (NO, NO2, N2O, N2O3, N2O5, надалі – NOx)

Оксиди азоту є одними з найбільш токсичних компонентів відпрацьованих газів. При нормальних атмосферних умовах азот являє собою досить інертний газ. При високому тиску і особливо температурах азот активно вступає в реакцію з киснем. У вихлопних газах двигунів понад 90% усієї кількості NOx складає оксид азоту NO, який ще в системи випуску, а потім і в атмосфері легко окислюється в діоксид (NO2).

Оксиди азоту дратівливо впливають на слизові оболонки очей, носа, руйнують легені людини, так як при русі по дихальному тракту вони взаємодіють з вологою верхніх дихальних шляхів, утворюючи азотну і азотисту кислоти. Як правило, отруєння організму людини NOx проявляється не відразу, а поступово, причому будь-яких нейтралізують коштів немає.

Оксид азоту (N2O – геміоксід, звеселяючий газ)

Газ з приємним запахом, добре розчинний у воді. Має наркотичну дію.

NO2(діоксид)

Блідо – жовта рідина, яка бере участь в утворенні смогу. Діоксид азоту використовується в якості окислювача в ракетному паливі.

Вважається, що для організму людини оксиди азоту приблизно в 10 разів небезпечніше чадного газу, а при обліку вторинних перетворень – в 40 разів.

Оксиди азоту становлять небезпеку для листя рослин. Встановлено, що їх безпосереднє токсичний вплив на рослини проявляється при концентрації оксиду азоту в повітрі в межах 0,5 – 6,0 мг/м^3. Азотна кислота викликає сильну корозію вуглецевих сталей.

На величину викиду оксидів азоту значно впливає температура в камері згоряння. Так, при підвищенні температури від 2500 до 2700 К швидкість реакції збільшується в 2,6 рази, а при зменшенні від 2500 до 2300 К – зменшується в 8 разів, тобто чим вище температура, тим вище концентрація окису азоту. Ранній уприскування палива або високі тиску стиснення в камері згоряння також сприяють утворенню окису азоту. Чим вище концентрація кисню, тим вище концентрація оксидів азоту.

Вуглеводні (CnHm – етан, метан, етилен, бензол, пропан, ацетилен і ін.)

Вуглеводні – органічні сполуки, молекули яких побудовані тільки з атомів вуглецю і водню, є токсичними речовинами. У вихлопних газах міститься більше 200 різних вуглеводнів, які діляться на аліфатичні (з відкритою або закритою ланцюгом) і містять бензольне або ароматичне кільця. Ароматичні вуглеводні містять в молекулі один або кілька циклів з 6 атомів вуглецю, з'єднаних між собою простими або подвійними зв'язками (бензол, нафталін, антрацен і ін.). Мають приємний запах.

Наявність вуглеводнів у відпрацьованих газах двигунів пояснюється тим, що суміш в камері згоряння є неоднорідною, тому під стінами, в переобогащенная зонах, відбувається гасіння полум'я і обрив ланцюгових реакцій (див. рис 4.1.1).

Чи не повністю згорілі вуглеводні, що викидаються з вихлопними газами і які є сумішшю кількох сотень хімічних сполук, мають неприємний запах. Вуглеводні є причиною багатьох хронічних захворювань.

Токсичні також і пари бензину, які є вуглеводнями.

Допустима середньодобова концентрація парів бензину становить 1,5 мг/м^3. Зміст вуглеводнів у вихлопних газах зростає при дроселюванні, при роботі двигуна на режимах примусового холостого ходу (ПХХ, наприклад, при гальмуванні двигуном.).

При роботі двигуна на зазначених режимах погіршується процес сумішоутворення (перемішування паливо-повітряної заряду), зменшується швидкість згоряння, погіршується займання і, як результат, – виникають його часті пропуски.

Виділення вуглеводню викликається неповним згорянням поблизу холодних стінок, якщо до кінця згоряння залишаються місця з сильним локальним недоліком повітря, недостатнім розпилюванням палива, при незадовільному завихренні повітряного заряду і низьких температурах (наприклад, режим холостого ходу).


Малюнок 4.1.1 – Схема освіти CH в вихлопних газах
1 – поршень; 2 – гільза; 3 – пристінкові шари суміші


Вуглеводні утворюються в переобогащенная зонах, де обмежений доступ кисню, а також поблизу порівняно холодних стінок камери згоряння. Вони грають активну роль в утворенні біологічно активних речовин, що викликають подразнення очей, горла, носа і їх захворювання, і завдають шкоди рослинному і тваринному світу.

Вуглеводневі сполуки надають наркотичну дію на центральну нервову систему, можуть бути причиною хронічних захворювань, а деякі ароматичні вуглеводні володіють отруйними властивостями.

Вуглеводні (олефіни) і оксиди азоту при певних метеорологічних умовах активно сприяють утворенню смогу.

Зміг (Smog, от smoke – дим и fog – туман) – отруйний туман, що утворюється в нижньому шарі атмосфери, забрудненому шкідливими речовинами від промислових підприємств, вихлопними газами від автотранспорту і тепловироблювальних установок при несприятливих погодних умовах.

Він являє собою аерозоль, що складається з диму, туману, пилу, частинок сажі, крапельок рідини (у вологому атмосфері). Виникає в атмосфері промислових міст за певних метеорологічних умовах.

Поступається в атмосферу шкідливі гази вступають в реакцію між собою і утворюють нові, в тому числі і токсичні сполуки. В атмосфері при цьому відбуваються реакції фотосинтезу, окислення, відновлення, полімеризації, конденсації, каталізу і т.д.

В результаті складних фотохімічних процесів, стимульованих ультрафіолетовою радіацією Сонця, з оксидів азоту, вуглеводнів, альдегідів та інших речовин утворюються фотооксидантами (окислювачі).

Низькі концентрації окису азоту, можуть створити велику кількість атомарного кисню, який в свою чергу утворює озон і знову реагує з речовинами, що забруднюють атмосферне повітря. Наявність в атмосфері формальдегіду, вищих альдегідів та інших вуглеводневих сполук також сприяє разом з озоном утворення нових перекисних сполук.

Продукти дисоціації взаємодіють з олефінами, утворюючи токсичні нітроперекісние з'єднання. При їх концентрації понад 0,2 мг/м^3 настає конденсація водяної пари у вигляді дрібних крапельок туману з токсичними властивостями. Їх кількість залежить від сезону року, часу доби та інших факторів. У спекотну суху погоду зміг спостерігається у вигляді жовтої пелени (колір надає присутній в повітрі діоксид азоту NO 2 – крапельки жовтої рідини).

Смог викликає подразнення слизових оболонок, особливо очей, може викликати головний біль, набряки, крововиливи, ускладнення захворювань дихальних шляхів. Погіршує видимість на дорогах, збільшуючи тим самим кількість дорожньо–транспортних пригод.

Небезпека смогу для життя людини велика. Так, наприклад, лондонський смог 1952 р називають катастрофою, тому що за 4 дні від смогу загинуло близько 4 тис. Осіб. Наявність в атмосфері хлористих, азотних, сірчистих сполук і крапельок води сприяє утворенню сильних токсичних сполук і парів кислот, що згубно позначається на рослинах, а також спорудах, особливо на історичних пам'ятках, складених з вапняку.

Природа смогов різна. Наприклад, в Нью–Йорку утворення смогу сприяють реакції фтористих і хлористих сполук з крапельками води; в Лондоні – присутність парів сірчаної і сірчистої кислот; в Лос–Анджелесі (каліфорнійський або фотохімічний зміг) – наявність в атмосфері оксидів азоту, вуглеводнів; в Японії – присутність в атмосфері частинок сажі і пилу.

Донбас – це великий промисловий регіон, в якому налічується кілька тисяч великих промислових підприємств, виробничо – промислових об'єднань і підприємств паливно – енергетичного комплексу, гірничодобувної, металургійної, хімічної промисловості, важкого машинобудування, будівельної галузі, а також агропромислового комплексу. Донбас забезпечує більшу частину промислового виробництва, причому в найбільш екологічно небезпечних галузях.

Висока концентрація промислового і сільськогосподарського виробництва, транспортної інфраструктури, в поєднанні з високою щільністю населення, створили надзвичайно високу техногенну і антропогенне навантаження на біосферу – найвищу в Україні і Європі.[6]

Донецька область, промислові джерела забруднень атмосферного повітря зображені червоними крапками на малюнку 4.1.2.

Малюнок 4.1.2 – Карта Донецької області


Лідерство Макіївки (місто–сателіт Донецька) в рейтингу найбільш екологічно неблагополучних міст фахівець обсерваторії пояснює різким підвищенням рівня бенз (а) пірену – речовини першого класу небезпеки. Його в атмосфері міста в 4,6 рази більше допустимого рівня. Можливо, це викликано підвищеними викидами підприємств, можливо, невдалими погодними умовами. З – слабкий вітер і знижений рівень россіюваності, краплі бенз (а) пірену накопичувалися в атмосфері.

Глава відділу екології Макіївської міськради стверджує, що високий показник забрудненості, в першу чергу, спровокований великою кількістю промислових підприємств. У нас один металургійний завод, два коксохімічних, один труболиварний. Крім того, величезної шкоди екології завдає вугільна галузь, в першу чергу шахти, які повністю так і не були закриті, – каже чиновник. За його словами, біля шахт знаходяться терикони. Деякі з них димлять. В результаті пил і бруд розносяться по всьому місту.


4.2. Методи вимірювання параметрів викидів автотранспорт

Методіческіе вказівки встановлюють методику кількісного хімічного аналізу повітряних середовищ (повітря робочої зони і атмосферного повітря населених місць) для визначення в них бенз (а) пірену методом високоефективної рідинної хроматографії з флуориметричним детектированием. [5, 8] Діапазон вимірюваних концентрацій: – в атмосферному повітрі населених місць становить 0,0005 – 10 мкг/м^3 при відборі 5 м^3 проби; – в повітрі робочої зони складає 0,02 – 5000 мкг/м^3 при відборі проби об'ємом 150 – 300 дм^3.

Бенз(а)пірен (3,4–бензпірен) відноситься до класу поліядерних ароматичних вуглеводнів, молярна маса 252,32 г/моль. Структурна формула молекули представлена на малюнку 4.2.1.

Малюнок 4.2.1 – Структурна формула молекули бенз(а)пірену

Речовина є продуктом неповного згоряння (піролізу) органічних сполук, присутній в продуктах переробки вугілля, нафти (важкі фракції), а також утворюється у великих кількостях при виробництві алюмінію. Бенз(а)пірен володіє канцерогенною активністю. Це шкідлива речовина може проникнути в організм людини декількома шляхами: через верхні дихальні шляхи, шкірні та слизові покриви, а також зі слиною через органи травлення. Найбільш небезпечним вважається проникнення через верхні дихальні шляхи, так як в цьому випадку всмоктування токсинів відбувається досить інтенсивно, і бенз(а)пірен через легені потрапляють відразу в кров бенз(а)пірен практично не виводиться з організму протягом усього життя. При його концентрації, що дорівнює в середньому 0,1 мкг/м^3 повітря, загальний вміст в організмі людини за 70 років життя при попаданні з повітрям досягає 16 мг і може викликати онкологічні захворювання. В атмосфері переважно бенз(а)пірен адсорбований на зважених частинках. [10]

Бенз(а)пірен відноситься до речовин 1 класу небезпеки. Середньодобова гранично допустима концентрація бенз а)пірену в повітрі населених місць становить 0,001 мкг/м^3, гранично допустима концентрація забруднюючих речовин в атмосферному повітрі населених місць, максимальна разова гранично допустима концентрація не встановлена. Гранично допустима концентрація в повітрі робочої зони встановлена на рівні 0,15 мкг/м^3.

Метод вимірювання заснований на уловлюванні бенз(а)пірену на аерозольний фільтр, після видалення його гексаном, концентрування екстракту, хроматографическом його поділі, реєстрації сигналу з використанням флуоресцентного детектора, ідентифікації піку бенз(а)пірену на хроматограмі за часом утримування і розрахунку масової концентрації бенз(а)пірену.[11]

Хроматографічна колонка повинна бути заповнена обернено – фазним сорбентом і в умовах виконання аналізу повинна мати ефективність не менше 5000 теоретичних тарілок по піку бенз(а)пірену. Мінімально визначувана концентрація бенз(а)пірену в розчині (при співвідношенні сигнал / шум, що дорівнює трьом), повинна бути не більше 0,002 мкг/см^3. Колонку постачають предколонкой, заповненої аналогічним обернено – фазним сорбентом.

Розчини бенз(а)пірену повинні зберігатися в холодильнику в герметично закупорених ємностях. Оскільки бенз(а)пірен володіє вираженою канцерогенною активністю, то необхідно уникати контакту шкірних покривів з його розчинами і після закінчення роботи, а також при попаданні розчину на шкіру або на стіл необхідно змити забруднення проточною водою з миючим засобом, а потім обробити ділянку шкіри і забруднені поверхні етиловим спиртом.

В процесі виконання цієї роботи автор прийшов до висновку, що найбільш підходящим для оперативного контролю атмосферного повітря на наявність бенз(а)пірену, є метод бездісперсіонной спектрометрії.

Метод заснований на виборчому поглинанні у вузькому діапазоні довжин хвиль (у смузі поглинання) речовиною оптичного випромінювання.

Веществ характеризується: частотно – залежним коефіцієнтом поглинання ε(λ). Для простих речовин спектр поглинання більшою мірою кримінальна гаусіани, для складних речовин це набір простих складових, взятих в певних пропорціях. В результаті такого змішування компонентів, спектр виходить складного виду, але все спектри по виду індивідуальні, по виду спектра можна ідентифікувати речовину.

Процес ідентифікації на малюнку 4.2.2:

Малюнок 4.2.2 – Процес ідентифікації

Речовина, що має молярний коефіцієнт поглинання ε(λ) знаходиться в складі двокомпонентного розчину, де присутня розчинник і аналізовані речовини. Аналізоване речовина може знаходиться в кюветі вимірювального приладу або безпосередньо аналіз може проводиться в середовищі (водне середовище, грунт, повітря) усередині технологічних установок.

Аналізованого середовища опромінюється потоком випромінювання Фi. Спектр випромінювання повинен містити складові в смузі поглинання аналізованого речовини.

Взаємодія аналізованого речовини з потоком випромінювання описуються в спектральної області:

Де С – концентрація, l – довжина оптичного шляху в речовині (цей параметр повинен бути const).

Оптична щільність D є функцією двох змінних ε та C.

Потік випромінювання, проходячи через шар речовини, частково поглинається. Це може бути описано наступним чином:

У вихідному потоці присутня інформація про уже згадуваному компоненті. Кількісно це зміна можна визначити наступним чином:

Перетворення має бути завершено шляхом перетворення оптичного сигналу, що собою являє випромінювання, що містить інформацію про аналізованої компоненті, в електричний сигнал, який буде містити інформацію, що передається.

Якщо в якості фотоприймача використовувати фотодіод, електричний сигнал буде представлений у вигляді фототока цього діода, величина якого несе інформацію про аналізованої компоненті.


5. Проектування приладу вимірювання концентрації бенз(а)пірену

5.1. Розробка структурної схеми приладу вимірювання концентрації бенз(а)пірену

Для реалізації методу бездісперсіонной ультрафіолетової спектрометрії, в складі пристрою необхідні: джерело випромінювання, вихідний сигнал якого, буде опромінювати робочу кювету, на виході матимемо сигнал з має в ньому складової концентрацією досліджуваної речовини. Робоча кювету, в якій буде проходити аналіз і вимірювання концентрації бенз(а)пірену.

Аналізовані вихлопні гази будуть проводитися через рідкий реагент, в даному випадку чотирихлористий водень, перемішуватися за допомогою розпилювача, щоб домогтися однорідної консистенції. Також необхідний фотоприймач, який буде приймати вихідний сигнал після опромінення кювети з має складової концентрації в сигналі. Вихідний сигнал фотоприймача становитиме десятки мкА, отже нам буде необхідний перетворювач струму в напругу.

З метою подачі більш якісного сигналу на наступні пристрої, нам потрібно посилити напругу за допомогою нормує підсилювача до необхідного рівня. Так як буде проводитися досить багато вимірів, з метою збереження проміжних результатів, ми вводимо пристрій вибірки – зберігання.

Дослідження вихлопних газів не зводиться до визначення тільки параметра концентрації бенз(а)пірену, так само можуть вирішуватися інші завдання, зокрема: в складі вихлопних газів можна визначити інші компоненти входять в відпрацьовані гази автомобіля.

З метою автоматизації процесів вимірювання, а так само підготовки проби, до складу пристрою слід ввести мікропроцесорну систему. Дана система повинна функціонувати в режимі реального часу, повинно забезпечуватися наступне: управління мультиплексором за вибором вимірювальних каналів, що підключаються до АЦП; управління пристроєм ПВЗ; управління запуском АЦП; управління процесами перемикання джерел випромінювання ультрафіолетового діапазону; управління коштами подачі сигналів при аномальних порушеннях параметрів навколишнього середовища. Для вирішення всіх цих завдань, а також крім них, мікропроцесорна система повинна вирішувати завдання щодо забезпечення необхідного метрологічного рівня вимірювальної системи. Тобто періодично усувати накопичуються похибки, за рахунок старіння компонентів засоби вимірювання, усувати додатково входять похибки від впливу зовнішніх збурень: зміни температури навколишнього середовища, вологість, тиску, напруга джерел живлення, деградація оптичних компонентів.

Відображенням отриманих даних також повинна займатися мікропроцесорна система. Мікропроцесорна система так само повинна встановлювати результат вимірювання, для связісістеми мікропроцесора з аналоговими джерелами інформації, до складу системи слід ввести мультиплексор аналогових сигналів, аналогово – цифровий перетворювач.

З урахуванням усього вищеописаного, структурна схема приладу вимірювання концентрації бенз(а)пірену повинна мати такий вигляд, наведений на малюнку 5.1.1.

Структурна схема наочно показує основні функціональні вузли пристрою, їх призначення та участь їх в загальному процесі вимірювання концентрації бенз(а)пірену в вихлопах автомобільного транспорту, являє собою сукупність ланок об'єкта і зв'язків між ними.

На структурній схемі використані такі позначення:

Малюнок 5.1.1 – Структурна схема приладу вимірювання концентрації бенз(а)пірену


5.2. Проектування вимірювального перетворювача

Реалізація обраного методу вимірювального перетворення концентрації бенз(а)пірену в електричний сигнал вимагає, в якості основних компонентів, ультрафіолетовий джерело випромінювання з довжиною хвилі відповідної на середині спектра поглинання бенз(а)пірену і фотоприймач зі спектральної характеристикою покриває спектр поглинання і спектр аналітичного сигналу.

Спектр поглинання бенз(а)пірену представлений на малюнку 5.2.1. Спектр лежить в діапазоні від 240 нм до 340 нм.

Малюнок 5.2.1 – Спектр поглинання бенз(а)пірену

Приймаємо в якості випромінювача світловипромінювальних діод ультрафіолетового діапазону T9F28C з параметрами: λизл – довжина хвилі випромінювання, λизл = 280 нм; λі – ширина спектра, λі = 15 нм; Фі = 600 мкВт, δф – кут випромінювання, δф –15 °. Прямое напруга номінальне – 5,7 В, Прямий струм номінальний 10 мА. Спектр светоизлучающего діода покриває найбільш істотну частину спектру поглинання бенз(а)пірену, в діапазоні від 265 нм до 295 нм.

Як фотоприймача застосовуємо фотодиод УФД – 20, що має параметри: S(λmax) – монохроматична чутливість фотоприймача на частоті максимальної спектральної чутливості 0,25 А/Вт; λmax – 380 нм, смуга на рівні 0,1 від 200 – 540 нм; темновой ток – 0,7 нА; розмір вікна чутливої поверхні – a•b = 1•1 мм. Спектральна чутливість фотоприймача приведена на малюнку 5.2.2.

Малюнок 5.2.2 – Спектральна чутливість фотоприймача

Спектр випромінювання світлодіода, що містить інформацію про спектрі поглинання в діапазоні від 265 нм до 295 нм, включається в спектр чутливості фотоприймача і може бути перетворений в електричний сигнал.

До складу оптичної системи, представленої на ріс.5.2.3 входять: джерело випромінювання (ІІ) – світловипромінювальних діод, 2 одне лінзових об'єктива об1 і об2, робоча кювета, фотодіод (ФД) – фотоприймач (ФП1). Матеріали лінз кювети повинні бути оптично прозорі в діапазоні аналітичного сигналу. Як матеріал для оптичної компоненти використовується плавлений кварц, прозорий до довжини хвилі λ = 190 нм.

Поширення оптичного сигналу по оптичній схемі вимагає обліку втрат оптичного випромінювання на відображенні частини потоку при проходженні частини потоків повітря – оптичний компонент, а так само обліку втрат випромінювання при введенні випромінювання в об'єктиви і в фотоприймач. Виконаємо послідовний розрахунок параметрів оптичних сигналів на шляху від светоизлучающего діода до фотоприймача.

Нумерація потоків вказана на малюнку 5.2.3 – оптична схема вимірника.

Малюнок 5.2.3 – Оптична схема вимірника.

Як потоку Ф0 приймається номінальне значення потоку светоизлучающего діода;

Оцінка величини потоку надходить в зіницю Об1 і його вихідної величини – Ф12

Оцінку величини потоку проведемо по малюнку 5.2.4 – проходження випромінювання через однолінзовий об'єктив.

Малюнок 5.2.4 – Проходження випромінювання через однолінзовий об'єктив


Висновок

У виконану роботу: