Приктика. Анализ газа в замкнутом объеме.

[a.a.yakov]

Есть газовая среда при нормальном давление в герметичном "стеклянном сосуде" из обычного силикатного стекла толщиной 4 мм (оконное стекло).

 

Площадь "сосуда" - 0,5 - 1 кв м. толщина 30-40 мм.

 

Возможно ли использую какие-то приборы или какое-то "чудо" для ответа - что находится в нашем "сосуде", в процентном соотношении, с

точностью до 1% - воздух (кислород,азот, углекислый газ), другие газы (аргон)?

 

"Устройство" желательно мобильное (носимое), или стационарное, не шибко габаритное - до 2 кв м.

 

Или подскажите, какими физическими способами возможно получить результат?

[St2Ra3nn8ik]

Так понимаю, пробу газа отбирать нельзя. Тогда спектральный анализ провести (по абсорбционным линиям, полосам), просвечивая иточником с непрерывным спектром, но в любом случае оконное стекло часть спектра (УФ от 350нм, ИК от 1,5мкм) не пропустит. Можно внутри сосуда ВЧ разряд сотворить (а еще лучше оптический разряд (пробой) в газе с короткофокусной оптикой, чтобы стекло не пробить; причем можно применить импульсный лазер) и по эмиссионному спектру (интенсивность линий, полос на спектрометре) посмотреть состав.

Но при это нужно учитывать возможные реакции, инициируемые разрядом, и сделать поправку на образование некоторых веществ (напр., O₃, N_xO_y и пр.). Поэтому перед эмиссионным методом стоит сначала применить абсорбционный (напр., выявит пары воды, λ_{max/погл.}=930нм).

А взвесить емкость с газом возможно? Тогда еще можно дополнительно определить его среднюю плотность (давление известно) и усредненную молярную массу и посмотреть ее отличие от таковой для обычного воздуха.

Изменено 22 Сентября, 2012 в 19:58 пользователем St2Ra3nn8ik

[a.a.yakov]

Так понимаю, пробу газа отбирать нельзя. Тогда спектральный анализ провести (по абсорбционным линиям, полосам), просвечивая иточником с непрерывным спектром, но в любом случае оконное стекло часть спектра (УФ от 350нм, ИК от 1,5мкм) не пропустит. Можно внутри сосуда ВЧ разряд сотворить (а еще лучше оптический разряд (пробой) в газе с короткофокусной оптикой, чтобы стекло не пробить; причем можно применить импульсный лазер) и по эмиссионному спектру (интенсивность линий, полос на спектрометре) посмотреть состав.

Но при это нужно учитывать возможные реакции, инициируемые разрядом, и сделать поправку на образование некоторых веществ (напр., O₃, N_xO_y и пр.). Поэтому перед эмиссионным методом стоит сначала применить абсорбционный (напр., выявит пары воды, λ_{max/погл.}=930нм).

А взвесить емкость с газом возможно? Тогда еще можно дополнительно определить его среднюю плотность (давление известно) и усредненную молярную массу и посмотреть ее отличие от таковой для обычного воздуха.

 

Спасибо St2Ra3nn8ik за отклик!

 

1. пробу брать нельзя - нельзя нарушать герметичность.

2. задачу можно упростить до уровня - "сколько воздуха в сосуде - сколько ДРУГОГО газа (не входящего в состав воздуха)". я так понимаю, например если азота менее 1%, то при нормальной пропорции, "воздуха" менее 2%, значит ДРУГОЙ газ составляет не менее 97% - метод дающий такой ответ мне подходит!

3. а вот для спектрального анализа что нужно и как это организовать в полевых условиях? и за реальные деньги?!

4. аналогично для "оптический разряд (пробой) в газе с короткофокусной оптикой" - что нужно и как это организовать в полевых условиях? и за реальные деньги?!

Изменено 23 Сентября, 2012 в 05:42 пользователем a.a.yakov

[St2Ra3nn8ik]

Пожалуйста

1. По описанию очень похоже на герметичный стеклопакет, заполненный Kr или Xe. Поправьте, если ошибся.

 

2. Значит, задача "от противного". Т.к. азота в воздухе 78%, то да (если по условиям задачи подразумевается отсутствие прочих газов - только основной газ и примесь воздуха к нему).

 

 

3. Для спектрального анализа понадобится спектрометр с возможностью количественного определения компонентов.

Если можно отделаться измерением количества воздуха по одному-двум составляющим (азот, кислород; если наполнение Kr, Xe, то мерить по спектру Ar не советую, он может быть изначальной заметной примесью к ним, которая завысит измеренное количество воздуха), то можно обойтись и без предварительного просвечивания на абсорбционный спектр.

 

4. Понадобится импульсный лазер, способный давать оптическую искру (напр., на Nd:YAG, λ=1,064 мкм, оконное стекло обычно пропускает, но если стеклопакет с ИК отражением, то нужен на видимый диапазон, напр. на 532нм (Nd:YAG с удвоением частоты и ИК фильтром)), с предварительным расширителем пучка (чтобы стекло не пробил), и линзой для фокусировки излучения на объем газа в сосуде. Для таких целей можно сделать лазер достаточно недорогой и даже карманный (на основе лазера SSY-1).

 

Насчет финансовой стороны вопроса точно сказать не могу. Насчет ее, а тем более технической попробуйте посмотреть и поспрашивать на форуме http://lasers.org.ru/forum/. Там найдутся товарищи, которые посоветуют больше (и про карманный лазер с оптическим пробоем тоже там, не уверен, что он продается, но кто нибудь на форуме по вашей просьбе, может быть, согласится сделать такой же или с удвоением частоты).

Кстати, я там тоже обитаю.

Изменено 23 Сентября, 2012 в 08:53 пользователем St2Ra3nn8ik

[a.a.yakov]

Пожалуйста 1. По описанию очень похоже на герметичный стеклопакет, заполненный Kr или Xe. Поправьте, если ошибся.

Двухкамерный стеклопакет.

Самое "прелестное" что камера с газом, кстати аргоном, на одной из стенок имеет низкоэмиссионное, "мягкое", покрытие.

Вторая камера в пакете содержит обычный воздух.

 

Вот такой "зеркальный" бутерброд!

 

2. Значит, задача "от противного". Т.к. азота в воздухе 78%, то да (если по условиям задачи подразумевается отсутствие прочих газов - только основной газ и примесь воздуха к нему).

Смотреть на спектре Азот или Аргон.

3. Для спектрального анализа понадобится спектрометр с возможностью количественного определения компонентов. Если можно отделаться измерением количества воздуха по одному-двум составляющим (азот, кислород; если наполнение Kr, Xe, то мерить по спектру Ar не советую, он может быть изначальной заметной примесью к ним, которая завысит измеренное количество воздуха), то можно обойтись и без предварительного просвечивания на абсорбционный спектр. 4. Понадобится импульсный лазер, способный давать оптическую искру (напр., на Nd:YAG, λ=1,064 мкм, оконное стекло обычно пропускает, но если стеклопакет с ИК отражением, то нужен на видимый диапазон, напр. на 532нм (Nd:YAG с удвоением частоты и ИК фильтром)), с предварительным расширителем пучка (чтобы стекло не пробил), и линзой для фокусировки излучения на объем газа в сосуде. Для таких целей можно сделать лазер достаточно недорогой и даже карманный (на основе лазера SSY-1). Насчет финансовой стороны вопроса точно сказать не могу. Насчет ее, а тем более технической попробуйте посмотреть и поспрашивать на форуме http://lasers.org.ru/forum/. Там найдутся товарищи, которые посоветуют больше (и про карманный лазер с оптическим пробоем тоже там, не уверен, что он продается, но кто нибудь на форуме по вашей просьбе, может быть, согласится сделать такой же или с удвоением частоты). Кстати, я там тоже обитаю.

 

А вот ЭТО все как "облачить" в нормальный вопрос специалистам? Чего хоть у них спрашивать? :wacko:

[St2Ra3nn8ik]

Думаю, нужно описать задачу почти как здесь, но указать, что анализ газа ввиду недопустимости вскрытия пакета можно провести только по спектру разряда, а поскольку газ под атомсферным давлением, что здесь возможны два варианта устройств для неразрушающего стеклопакет анализа газа: применение ВЧ разряда, и оптический пробой на короткофокусной оптике, чтобы фокус излучения был в середине промежутка между стеклами и не мог их повредить (сделать лазер с упорами, чтобы они вплотную к стеклу, тогда не придется мучится с наведением фокуса в газ, не затронув стекло: если фокус будет в стекле, в нем каверну выбьет). Нужно указать особенности кострукции пакета, особенно минимальное расстояние между стеклами, сказать про это низкоэмиссионное покрытие (оно ведь ИК не пропускает, и если есть данные по нему - на какой длине волны оно это делает, иначе при "неправильном" диапазоне излучения лазера его повредит). Испытывать и настраивать такой лазер надо сначала на обычном куске стекла (но желательно с н/э покрытием). Вот пример лазера http://lasers.org.ru...на-ssy-1.2355/. Не обращайте внимание, на то что им там в стекло лупили, главное - оптическая искра в воздухе. Скорее всего, такой с доработкой (фокус настроить не в стекло!) и подойдет.

У нас там разные люди, интересующиеся самотоятельной постройкой лазеров и устройств с ними (от любителей до профессионалов (первых, правда, больше, но и они разбираются в лазерах очень неплохо), и лазеры разные - от указок до твердотелов и газовых; даже голографию делают) и могут больше и лучше подсказать, да и помочь - "одна голова хорошо, а Горыныч лучше".

Со спектрометром сложнее: у нас выкладывались разные любительские конструкции, но они не могут определять количество веществ по спектру. А спектрометр обязателен...

Но может быть, там предложат решение, намного лучшее, чем я предлагаю. Но и здесь тоже поглядывайте, вдруг тут что нибудь дельное предложат. Но я пока не вижу иного доступного метода, кроме уже предложенного эмиссионно-спектрального с бесконтактным возбуждением свечения газа (ВЧ или оптический разряд).

Подумайте еще, как лучше спросить, здесь ведь вы нормально спросили. Создайте там тему, вроде: "нужен прибор для определения состава газа в стеклопакете без его вскрытия (возбуждение разряда в газе)", но придумайте название темы получше сами. Спросите более осмысленно, чем я вам сейчас расписал.

PS. Засиделся я, а уже спать пора. Ничего пока больше не придумывается...

Изменено 24 Сентября, 2012 в 21:15 пользователем St2Ra3nn8ik

[a.a.yakov]

Думаю, нужно описать задачу почти как здесь, но указать, что анализ газа ввиду недопустимости вскрытия пакета можно провести только по спектру разряда, а поскольку газ под атомсферным давлением, что здесь возможны два варианта устройств для неразрушающего стеклопакет анализа газа: применение ВЧ разряда, и оптический пробой на короткофокусной оптике, чтобы фокус излучения был в середине промежутка между стеклами и не мог их повредить (сделать лазер с упорами, чтобы они вплотную к стеклу, тогда не придется мучится с наведением фокуса в газ, не затронув стекло: если фокус будет в стекле, в нем каверну выбьет). Нужно указать особенности кострукции пакета, особенно минимальное расстояние между стеклами, сказать про это низкоэмиссионное покрытие (оно ведь ИК не пропускает, и если есть данные по нему - на какой длине волны оно это делает, иначе при "неправильном" диапазоне излучения лазера его повредит). Испытывать и настраивать такой лазер надо сначала на обычном куске стекла (но желательно с н/э покрытием).

...

Но я пока не вижу иного доступного метода, кроме уже предложенного эмиссионно-спектрального с бесконтактным возбуждением свечения газа (ВЧ или оптический разряд). Подумайте еще, как лучше спросить, здесь ведь вы нормально спросили. Создайте там тему, вроде: "нужен прибор для определения состава газа в стеклопакете без его вскрытия (возбуждение разряда в газе)", но придумайте название темы получше сами. Спросите более осмысленно, чем я вам сейчас расписал. PS. Засиделся я, а уже спать пора. Ничего пока больше не придумывается...

 

Вот люди делают все. И спектрометры и лазеры. Только почему-то говорят, что аргон "померить" не получится.

http://www.nanoram.ru/

Может азот померить?!

Изменено 27 Сентября, 2012 в 07:28 пользователем a.a.yakov

[St2Ra3nn8ik]

И чем они обосновывают это? В любом случае, абсорбционные линии нейтральных и N₂ и Ar лежат вне диапазона пропускания стекла, тем более оконного, поэтому я и предолжил вызвать разряд в газе, поскольку он дает характерные линии/полосы излучения (и для азота, и для аргона, и для многоих других газов) в области пропускания стекла (~350-1500 нм; это видимый, и ближние ИК, УФ).

А при чем здесь раман-спетрометр? На спектрах того сайта не смотрите: в химии символом "Ar" часто обознчают не только аргон, но и т.н. арильные радикалы (ароматика - фенил, например).

Изменено 27 Сентября, 2012 в 11:59 пользователем St2Ra3nn8ik