Українська   English
ДонНТУ   Портал магистров

РЕФЕРАТ

Содержание реферата


Введение

Оценка загрязнения воздушного бассейна города Донецка осуществлялась по данным Донецкого гидрометеоцентра для среднесуточных значений концентраций вредных веществ на контрольных постах [1].

Общий уровень загрязнения воздуха в Донецке составляет выше среднего по Донбассу и оценивается специалистами как крайне высокий.

Специалисты определяют в воздухе Донецка больше двух десятков разных вредных веществ. Больше всего среди них: пыли, сажи, диоксида серы, окиси водорода, формальдегидов, углеводородов и т.д.

Одним из главных загрязнителей воздуха Донецка и Донецкой области, по данным департамента экологического контроля Министерства охраны окружающей природной среды является – транспорт.

Высокий уровень загрязнённости атмосферы города Донецка, требует проведения эффективных мер, направленных на снижение токсичности отработанных газов автомобильного транспорта.

В данное время, контроль концентрации выброса бенз(а)пирена в выхлопных газах проводится крайне редко, так как обнаружение бенз(а)пирена трудоёмко и при малых концентрациях, известные методы обнаружения результатов не дают. Следует помнить, что контроль данного параметра – бенз(а)пирена, крайне важен для нашего региона, так как из-за этого компонента заболеваемость онкологическими болезнями в нашем регионе крайне велико. Следовательно, необходим более частый контроль в жилом массиве города.


1. Актуальность темы

Загрязнение атмосферного воздуха является одной из самых серьезных экологических проблем многих промышленных городов. Влияние загрязнения воздуха на здоровье человека проявляется через сокращение средней продолжительности жизни, увеличение количества преждевременных смертей, рост заболеваемости и негативное влияние на развитие детей. Поэтому измерение выхлопных газов является важной частью концепции экологической защиты.


2. Цель работы

Цель работы состоит в том, чтобы разработать структурную схему прибора контроля концентрации бенз(а)пирена в выбросах автомобильного транспорта.


3. Постановка задачи исследований

Для достижения поставленной цели необходимо исследование и решение следующих задач:

  1. Проанализировать существующие методы обнаружения концентрации бенз(а)пирена в выбросах автомобильного транспорта, выбрать метод, который позволит более точно обнаружить бенз(а)пирен в газовом облаке.
  2. Разработать структурную схему прибора измерения концентрации бенз(а)пирена в выбросах автомобильного транспорта.
  3. Спроектироваить измерительный преобразователь прибора измерения концентрации бенз(а)пирена в выбросах автомобильного транспорта.


4. Анализ объекта контроля. Обзор существующих методов измерения бенз(а)пирена

4.1. Загрязнение воздушной среды Донецка

Автомобиль – наиболее массовый и доступный вид транспорта, осуществляющий местные и международные пассажирские перевозки и обслуживающий все отрасли хозяйства. Количество автомобилей в мире непрерывно растёт. К настоящему времени число автомобилей составляет более 700 млн. ед.

К сожалению, автомобильный транспорт представляет собой один из основных источников загрязнения воздушного бассейна крупных городов и играет негативную роль в формировании санитарных условий, как на магистралях, так и в жилых массивах. Практически все автомобили снабжены двигателями внутреннего сгорания. На каждую машину в среднем приходится около 3 кг выбросов вредных веществ ежедневно. При сгорании моторного топлива в выхлопных газах автотранспорта обнаруживается свыше 300 различных веществ. Из них наиболее распространённые – свинец, оксиды азота, серы и углерода, углеводороды, сажа, бензапирен, различные виды пыли.

Выхлопные газы – основной источник токсичных веществ двигателя внутреннего сгорания. Это неоднородная смесь различных газообразных веществ с разнообразными химическими и физическими свойствами, состоящая из продуктов полного и неполного сгорания топлива, избыточного воздуха, аэрозолей и различных микропримесей (как газообразных, так и в виде жидких и твердых частиц), поступающих из цилиндров двигателей в его выпускную систему. В своем составе они содержат около 300 веществ, большинство из которых токсичны.

Основными нормируемыми токсичными компонентами выхлопных газов двигателей являются оксиды углерода, азота и углеводороды. Кроме того, с выхлопными газами в атмосферу поступают предельные и непредельные углеводороды, альдегиды, канцерогенные вещества, сажа и другие компоненты. Примерный состав выхлопных газов представлен в таблице 1.

При работе двигателя на этилированном бензине в составе выхлопных газов присутствует свинец, а у двигателей, работающих на дизельном топливе – сажа.


Таблица 1 – Состав выхлопных газов

Компоненты выхлопного газа
Содержание по объему, %
Примечание
Двигатели
Бензиновые
Дизели
Азот (N2)
74,0–77,0
76,0–78,0
Нетоксичен
Кислород (O2)
0,3–8,0
2,0–18,0
Нетоксичен
Пары воды (H2O)
3,0–5,5
0,5–4,0
Нетоксичен
Диоксид углерода (CO2)
5,0–12,0
1,0–10,0
Нетоксичен
Оксид углерода (CO)
0,1–10,0
0,01–0,5
Токсичен
Не канцерогенные углеводороды
0,2–3,0
0,009–0,5
Токсичны
Альдегиды
0,0–0,2
0,001–0,009
Токсичны
Оксид серы
0,0–0,002
0,0–0,03
Токсичен
Сажа, г/м3
0,0–0,04
0,01–1,10
Токсичен
Бензопропилен, мг/м3
0,01–0,02
до 0,01
Канцероген

Оксид углерода (CO – угарный газ)

Прозрачный, не имеющий запаха ядовитый газ, немного легче воздуха, плохо растворим в воде. Оксид углерода – продукт неполного сгорания топлива, на воздухе горит синим пламенем с образованием диоксида углерода (углекислого газа).

В камере сгорания двигателя CO образуется при неудовлетворительном распыливании топлива, в результате холодно пламенных реакций, при сгорании топлива с недостатком кислорода, а также вследствие диссоциации диоксида углерода при высоких температурах. При последующем сгорании после воспламенения (после верхней мертвой точки, на такте расширения) возможно горение оксида углерода при наличии кислорода с образованием диоксида. При этом процесс выгорания CO продолжается и в выпускном трубопроводе.

Необходимо отметить, что при эксплуатации дизелей концентрация CO в выхлопных газах невелика (примерно 0,1 – 0,2%), поэтому, как правило, концентрацию CO определяют для бензиновых двигателей.

Оксиды азота (NO, NO2, N2O, N2O3, N2O5, в дальнейшем – NOx)

Оксиды азота являются одними из наиболее токсичных компонентов отработавших газов. При нормальных атмосферных условиях азот представляет собой весьма инертный газ. При высоких давлениях и особенно температурах азот активно вступает в реакцию с кислородом. В выхлопных газах двигателей более 90% всего количества NOx составляет оксид азота NO, который еще в системы выпуска, а затем и в атмосфере легко окисляется в диоксид (NO2).

Оксиды азота раздражающе воздействуют на слизистые оболочки глаз, носа, разрушают легкие человека, так как при движении по дыхательному тракту они взаимодействуют с влагой верхних дыхательных путей, образуя азотную и азотистую кислоты. Как правило, отравление организма человека NOx проявляется не сразу, а постепенно, причем каких либо нейтрализующих средств нет.

Закись азота (N2O – гемиоксид, веселящий газ)

Газ с приятным запахом, хорошо растворим в воде. Обладает наркотическим действием.

NO2(диоксид)

Бледно–желтая жидкость, участвующая в образовании смога. Диоксид азота используется в качестве окислителя в ракетном топливе.

Считается, что для организма человека оксиды азота примерно в 10 раз опаснее угарного газа, а при учете вторичных превращений – в 40 раз.

Оксиды азота представляют опасность для листьев растений. Установлено, что их непосредственное токсичное влияние на растения проявляется при концентрации оксида азота в воздухе в пределах 0,5 – 6,0 мг/м^3. Азотная кислота вызывает сильную коррозию углеродистых сталей.

На величину выброса оксидов азота оказывает значительное влияние температура в камере сгорания. Так, при повышении температуры от 2500 до 2700 К скорость реакции увеличивается в 2,6 раза, а при уменьшении от 2500 до 2300 К – уменьшается в 8 раз, т.е. чем выше температура, тем выше концентрация окиси азота. Ранний впрыск топлива или высокие давления сжатия в камере сгорания также способствуют образованию окиси азота. Чем выше концентрация кислорода, тем выше концентрация оксидов азота.

Углеводороды (CnHm – этан, метан, этилен, бензол, пропан, ацетилен и др.)

Углеводороды – органические соединения, молекулы которых построены только из атомов углерода и водорода, являются токсичными веществами. В выхлопных газах содержится более 200 различных углеводородов, которые делятся на алифатические (с открытой или закрытой цепью) и содержащие бензольное или ароматическое кольца. Ароматические углеводороды содержат в молекуле один или несколько циклов из 6 атомов углерода, соединенных между собой простыми или двойными связями (бензол, нафталин, антрацен и др.). Имеют приятный запах.

Наличие углеводородов в отработавших газах двигателей объясняется тем, что смесь в камере сгорания является неоднородной, поэтому у стенок, в переобогащенных зонах, происходит гашение пламени и обрыв цепных реакций (см. рисунке 4.1.1).

Не полностью сгоревшие углеводороды, выбрасываемые с выхлопными газами и представляющие собой смесь нескольких сотен химических соединений, имеют неприятный запах. Углеводороды являются причиной многих хронических заболеваний.

Токсичны также и пары бензина, которые являются углеводородами.

Допустимая среднесуточная концентрация паров бензина составляет 1,5 мг/м^3. Содержание углеводородов в выхлопных газах возрастает при дросселировании, при работе двигателя на режимах принудительного холостого хода (ПХХ, например, при торможении двигателем.).

При работе двигателя на указанных режимах ухудшается процесс смесеобразования (перемешивания топливовоздушного заряда), уменьшается скорость сгорания, ухудшается воспламенение и, как результат, – возникают его частые пропуски.

Выделение углеводорода вызывается неполным сгоранием вблизи холодных стенок, если до конца сгорания остаются места с сильным локальным недостатком воздуха, недостаточным распыливанием топлива, при неудовлетворительном завихрении воздушного заряда и низких температурах (например, режим холостого хода).


Рисунок 4.1.1 – Схема образования CH в выхлопных газах
1 – поршень; 2 – гильза; 3 – пристеночные слои смеси


Углеводороды образуются в переобогащенных зонах, где ограничен доступ кислорода, а также вблизи сравнительно холодных стенок камеры сгорания. Они играют активную роль в образовании биологически активных веществ, вызывающих раздражение глаз, горла, носа и их заболевание, и наносящих ущерб растительному и животному миру.

Углеводородные соединения оказывают наркотическое действие на центральную нервную систему, могут являться причиной хронических заболеваний, а некоторые ароматические углеводороды обладают отравляющими свойствами.

Углеводороды (олефины) и оксиды азота при определенных метеорологических условиях активно способствуют образованию смога.

Смог(Smog, от smoke – дым и fog – туман) – ядовитый туман, образуемый в нижнем слое атмосферы, загрязненном вредными веществами от промышленных предприятий, выхлопными газами от автотранспорта и теплопроизводящих установок при неблагоприятных погодных условиях.

Он представляет собой аэрозоль, состоящий из дыма, тумана, пыли, частичек сажи, капелек жидкости (во влажной атмосфере). Возникает в атмосфере промышленных городов при определенных метеорологических условиях.

Поступающие в атмосферу вредные газы вступают в реакцию между собой и образуют новые, в том числе и токсичные соединения. В атмосфере при этом происходят реакции фотосинтеза, окисления, восстановления, полимеризации, конденсации, катализа и т.д.

В результате сложных фотохимических процессов, стимулируемых ультрафиолетовой радиацией Солнца, из оксидов азота,углеводородов, альдегидов и других веществ образуются фотооксиданты (окислители).

Низкие концентрации окиси азота, могут создать большое количество атомарного кислорода, который в свою очередь образует озон и вновь реагирует с веществами, загрязняющими атмосферный воздух. Наличие в атмосфере формальдегида, высших альдегидов и других углеводородных соединений также способствует вместе с озоном образованию новых перекисных соединений.

Продукты диссоциации взаимодействуют с олефинами, образуя токсичные нитроперекисные соединения. При их концентрации более 0,2 мг/м^3 наступает конденсация водяных паров в виде мельчайших капелек тумана с токсичными свойствами. Их количество зависит от сезона года, времени суток и других факторов. В жаркую сухую погоду смог наблюдается в виде желтой пелены (цвет придает присутствующий в воздухе диоксид азота NO2 – капельки желтой жидкости).

Смог вызывает раздражение слизистых оболочек, особенно глаз, может вызвать головную боль, отеки, кровоизлияния, осложнения заболеваний дыхательных путей. Ухудшает видимость на дорогах, увеличивая тем самым количество дорожно–транспортных происшествий.

Опасность смога для жизни человека велика. Так, например, лондонский смог 1952 г. называют катастрофой, так как за 4 дня от смога погибло около 4 тыс. человек. Наличие в атмосфере хлористых, азотных, сернистых соединений и капелек воды способствует образованию сильных токсичных соединений и паров кислот, что губительно сказывается на растениях, а также сооружениях, особенно на исторических памятниках, сложенных из известняка.

Природа смогов различна. Например, в Нью–Йорке образованию смога способствуют реакции фтористых и хлористых соединений с капельками воды; в Лондоне – присутствие паров серной и сернистой кислот; в Лос–Анджелесе (калифорнийский или фотохимический смог) – наличие в атмосфере оксидов азота, углеводородов; в Японии – присутствие в атмосфере частиц сажи и пыли.

Донбасс – это крупный промышленный регион, в котором насчитывается несколько тысяч крупных промышленных предприятий, производственно–промышленных объединений и предприятий топливно–энергетического комплекса, горнодобывающей, металлургической, химической промышленности, тяжёлого машиностроения, строительной отрасли, а также агропромышленного комплекса. Донбасс обеспечивает большую часть промышленного производства, причём в наиболее экологически опасных отраслях.

Высокая концентрация промышленного и сельскохозяйственного производства, транспортной инфраструктуры, в сочетании с высокой плотностью населения, создали чрезвычайно высокую техногенную и антропогенную нагрузку на биосферу – наивысшую в Украине и Европе.[6]

Донецкая область, промышленные источники загрязнений атмосферного воздуха изображены красными точками на рисунке 4.1.2.

Рисунок 4.1.2 – Карта Донецкой области


Лидерство Макеевки (город–сателлит Донецка) в рейтинге самых экологически неблагополучных городов специалист обсерватории объясняет резким повышением уровня бенз(а)пирена – вещества первого класса опасности. Его в атмосфере города в 4,6 раза больше допустимого уровня. Возможно, это вызвано повышенными выбросами предприятий, возможно, неудачно сложившимися погодными условиями. Из–за слабого ветра и пониженного уровня рассеиваемости, капли бенз(а)пирена накапливались в атмосфере.

Глава отдела экологии Макеевского горсовета утверждает, что высокий показатель загрязненности, в первую очередь, спровоцирован большим количеством промышленных предприятий. У нас один металлургический завод, два коксохимических, один труболитейный. Кроме того, огромный вред экологии наносит угольная отрасль, в первую очередь шахты, которые полностью так и не были закрыты, – говорит чиновник. По его словам, возле шахт находятся терриконы. Некоторые из них дымятся. В итоге пыль и грязь разносятся по всему городу.


4.2. Методы измерения параметров выбросов автотранспорт

Методические указания устанавливают методику количественного химического анализа воздушных сред (воздуха рабочей зоны и атмосферного воздуха населенных мест) для определения в них бенз(а)пирена методом высокоэффективной жидкостной хроматографии с флуориметрическим детектированием.[5, 8] Диапазон измеряемых концентраций: – в атмосферном воздухе населенных мест составляет 0,0005 – 10 мкг/м^3 при отборе 5 м^3 пробы; – в воздухе рабочей зоны составляет 0,02 – 5000 мкг/м^3 при отборе пробы объемом 150 – 300 дм^3.

Бенз(а)пирен (3,4–бензпирен) относится к классу полиядерных ароматических углеводородов, молярная масса 252,32 г/моль. Структурная формула молекулы представлена на рисунке 4.2.1.

Рисунок 4.2.1 – Структурная формула молекулы бенз(а)пирена

Вещество является продуктом неполного сгорания (пиролиза) органических соединений, присутствует в продуктах переработки угля, нефти (тяжелые фракции), а также образуется в больших количествах при производстве алюминия. Бенз(а)пирен обладает канцерогенной активностью. Это вредное вещество может проникнуть в организм человека несколькими путями: через верхние дыхательные пути, кожные и слизистые покровы, а также со слюной через органы пищеварения. Наиболее опасным считается проникновение через верхние дыхательные пути, так как в этом случае всасывание токсинов происходит довольно интенсивно, и бенз(а)пирен через легкие попадают сразу в кровь бенз(а)пирен практически не выводится из организма на протяжении всей жизни. При его концентрации, равной в среднем 0,1 мкг/м^3 воздуха, общее содержание в организме человека за 70 лет жизни при попадании с вдыхаемым воздухом достигает 16 мг и может вызвать онкологические заболевания. В атмосфере преимущественно бенз(а)пирен адсорбирован на взвешенных частицах.[10]

Бенз(а)пирен относится к веществам 1 класса опасности. Среднесуточная предельно допустимая концентрация бенз(а)пирена в воздухе населенных мест составляет 0,001 мкг/м^3, предельно допустимая концентрация загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест, максимальная разовая предельно допустимая концентрация не установлена. Предельно допустимая концентрация в воздухе рабочей зоны установлена на уровне 0,15 мкг/м^3.

Метод измерения основан на улавливании бенз(а)пирена на аэрозольный фильтр, извлечении его гексаном, концентрировании экстракта, хроматографическом его разделении, регистрации сигнала с использованием флуоресцентного детектора, идентификации пика бенз(а)пирена на хроматограмме по времени удерживания и расчете массовой концентрации бенз(а)пирена.[11]

Хроматографическая колонка должна быть заполнена обращенно–фазным сорбентом и в условиях выполнения анализа должна иметь эффективность не менее 5000 теоретических тарелок по пику бенз(а)пирена. Минимально определяемая концентрация бенз(а)пирена в растворе (при соотношении сигнал/шум, равном трем), должна быть не более 0,002 мкг/ см^3. Колонку снабжают предколонкой, заполненной аналогичным обращенно–фазным сорбентом.

Растворы бенз(а)пирена должны храниться в холодильнике в герметично закупоренных емкостях. Поскольку бенз(а)пирен обладает выраженной канцерогенной активностью, то необходимо избегать контакта кожных покровов с его растворами и по окончании работы, а также при попадании раствора на кожу или на стол необходимо смыть загрязнение проточной водой с моющим средством, а затем обработать участок кожи и загрязненные поверхности этиловым спиртом.

В процессе выполнения настоящей работы автор пришёл к выводу, что наиболее подходящим для оперативного контроля атмосферного воздуха на наличие бенз(а)пирена, является метод бездисперсионной спектрометрии.

Метод основан на избирательном поглощении в узком диапазоне длин волн (в полосе поглощения) веществом оптического излучения.

Вещество характеризуется: частотно–зависимым коэффициентом поглощения ε(λ). Для простых веществ спектр поглощения носит характер гаусианы, для сложных веществ это набор простых составляющих, взятых в определённых пропорциях. В результате такого смешения компонентов, спектр получается сложного вида, но все спектры по виду индивидуальны , по виду спектра можно идентифицировать вещество.

Процесс идентификации на рисунке 4.2.2:

Рисунок 4.2.2 – Процесс идентификации

Вещество, имеющее молярный коэффициент поглощения ε(λ) находится в составе двухкомпонентного раствора, где присутствует растворитель и анализируемые вещества. Анализируемое вещество может находится в кювете измерительного прибора или непосредственно анализ может производится в среде (водная среда, почва, воздух) внутри технологичных установок.

Анализируемая среда облучается потоком излучения Фi. Спектр излучения должен содержать составляющие в полосе поглощения анализируемого вещества.

Взаимодействие анализируемого вещества с потоком излучения описываются в спектральной области:

Где С – концентрация, l – длина оптического пути в веществе (этот параметр должен быть const).

Оптическая плотность D является функцией двух переменных ε и C.

Поток излучения, проходя через слой вещества, частично поглощается. Это может быть описано следующим образом:

В выходном потоке присутствует информация о анализируемом компоненте. Количественно это изменение можно определить следующим образом:

Преобразование должно быть завершено путём преобразования оптического сигнала, что собой представляет излучение, содержащее информацию о анализируемой компоненте, в электрический сигнал, который будет содержать передаваемую информацию.

Если в качестве фотоприёмника использовать фотодиод, электрический сигнал будет представлен в виде фототока этого диода, величина которого несёт информацию о анализируемой компоненте.


5. Проектирование прибора измерения концентрации бенз(а)пирена

5.1. Разработка структурной схемы прибора измерения концентрации бенз(а)пирена

Для реализации метода бездисперсионной ультрафиолетовой спектрометрии, в составе устройства необходимы: источник излучения, выходной сигнал которого, будет облучать рабочую кювету, на выходе будем иметь сигнал с имеющей в нём составляющей концентрацией исследуемого вещества. Рабочая кювета, в которой будет проходить анализ и измерение концентрации бенз(а)пирена.

Анализируемые выхлопные газы будут проводиться через жидкий реагент, в данном случае четырёххлористый водород, перемешиваться с помощью распылителя, чтобы добиться однородной консистенции. Также необходим фотоприёмник, который будет принимать выходной сигнал после облучения кюветы с имеющей составляющей концентрации в сигнале. Выходной сигнал фотоприёмника будет составлять десятки мкА, следовательно нам будет необходим преобразователь тока в напряжение.

С целью подачи более качественного сигнала на последующие устройства, нам требуется усилить напряжение с помощью нормирующего усилителя до необходимого уровня. Так как будет производиться достаточно много измерений, с целью сохранения промежуточных результатов, мы вводим устройство выборки–хранения.

Исследованиевыхлопных газов не сводится к определению только лишь параметра концентрации бенз(а)пирена, так же могут решаться другие задачи, в частности: в составе выхлопных газов можно определить другие компоненты входящие в отработавшие газы автомобиля.

С целью автоматизации процессов измерения, а так же подготовки пробы, в состав устройства следует ввести микропроцессорную систему. Данная система должна функционировать в режиме реального времени, должно обеспечиваться следующее: управление мультиплексором по выбору измерительных каналов, подключаемых к АЦП; управление устройством УВХ; управление запуском АЦП; управление процессами переключения источников излучения ультрафиолетового диапазона; управление средствами подачи сигналов при аномальных нарушениях параметров окружающей среды. Для решения всех этих задач, а также кроме них, микропроцессорная система должна решать задачи по обеспечению требуемого метрологического уровня измерительной системы. То есть периодически устранять накапливающиеся погрешности, за счет старения компонентов средства измерения, устранять дополнительно входящие погрешности от воздействия внешних возмущений: изменения температуры окружающей среды, влажность, давления, напряжение источников питания, деградация оптических компонентов.

Отображением полученных данных также должна заниматься микропроцессорная система. Микропроцессорная система так же должна устанавливать результат измерения, для связисистемы микропроцессора с аналоговыми источниками информации, в состав системы следует ввести мультиплексор аналоговых сигналов, аналогово–цифровой преобразователь.

С учётом всего вышеописанного, структурная схема прибора измерения концентрации бенз(а)пирена должна иметь следующий вид, приведённый на рисунке 5.1.1.

Структурная схема наглядно показывает основные функциональные узлы устройства, их назначение и участие их в общем процессе измерения концентрации бенз(а)пирена в выхлопах автомобильного транспорта, представляет собой совокупность звеньев объекта и связей между ними.

На структурной схеме использованы следующие обозначения:

Рисунок 5.1.1 – Структурная схема прибора измерения концентрации бенз(а)пирена


5.2. Проектирование измерительного преобразователя

Реализация выбранного метода измерительного преобразования концентрации бенз(а)пирена в электрический сигнал требует, в качестве основных компонентов, ультрафиолетовый источник излучения с длиной волны соответствующей на середине спектра поглощения бенз(а)пирена и фотоприёмник со спектральной характеристикой покрывающей спектр поглощения и спектр аналитического сигнала.

Спектр поглощения бенз(а)пирена представлен на рисунке 5.2.1. Спектр лежит в диапазоне от 240 нм до 340 нм.

Рисунок 5.2.1 – Спектр поглощения бенз(а)пирена

Принимаем в качестве излучателя светоизлучающий диод ультрафиолетового диапазона T9F28C с параметрами: λизл – длина волны излучения, λизл = 280 нм; λи – ширина спектра, λи = 15 нм ; Фи = 600 мкВт, Δф – угол излучения, Δф – 15°.Прямое напряжение номинальное – 5,7 В, Прямой ток номинальный 10 мА. Спектр светоизлучающего диода покрывает наиболее существенную часть спектра поглощения бенз(а)пирена, в диапазоне от 265 нм до 295 нм.

В качестве фотоприёмника применяем фотодиод УФД–20, имеющий параметры: S(λmax) – монохроматическая чувствительность фотоприёмника на частоте максимальной спектральной чувствительности 0,25 А/Вт; λmax – 380 нм, полоса на уровне 0,1 от 200 – 540 нм; темновой ток – 0,7 нА; размер окна чувствительной поверхности – a•b = 1•1 мм. Спектральная чувствительность фотоприёмника приведена на рисунке 5.2.2.

Рисунок 5.2.2 – Спектральная чувствительность фотоприёмника

Спектр излучения светодиода, содержащий информацию о спектре поглощения в диапазоне от 265 нм до 295 нм, включается в спектр чувствительности фотоприёмника и может быть преобразован в электрический сигнал.

В состав оптической системы, представленной на рис.5.2.3 входят: источник излучения (ИИ) – светоизлучающий диод, 2 одно линзовых объектива Об1 и Об2, рабочая кювета, фотодиод (ФД) – фотоприёмник (ФП1). Материалы линз кюветы должны быть оптически прозрачны в диапазоне аналитического сигнала. В качестве материала для оптической компоненты используется плавленый кварц, прозрачный до длины волны λ = 190 нм.

Распространение оптического сигнала по оптической схеме требует учёта потерь оптического излучения на отражении части потока при прохождении части потоков воздух – оптический компонент, а так же учёта потерь излучения при вводе излучения в объективы и в фотоприёмник. Выполним последовательный расчёт параметров оптических сигналов на пути от светоизлучающего диода до фотоприёмника.

Нумерация потоков указана на рисунке 5.2.3 – оптическая схема измерителя.

Рисунок 5.2.3 – Оптическая схема измерителя

В качестве потока Ф0 принимается номинальное значение потока светоизлучающего диода;

Оценка величины потока поступающего в зрачок Об1 и его выходной величины – Ф12

Оценку величины потока проведём по рисунке 5.2.4 – прохождение излучения через одно линзовый объектив.

Рисунок 5.2.4 – Прохождение излучения через одно линзовый объектив


Заключение

В проделанной работе: