Лабораторная работа № 6 измерение озона с помощью ультрафиолетового фотометрического газоанализатора

1.Задачи работы.

1.1. Изучение общих принципов работы и устройства фотометрических газоанализаторов.

1.2. Измерение концентрации озона в озоно-воздушных смесях.

1.3.Исследование метрологических характеристик ультрафиолетового фотометрического газоанализатора озона Ф 102-2 с помощью генератора озона Г7601.

2. Предварительные сведения.

Озон (химическая формула О₃) - бесцветный газ, являющийся весьма токсичным газом (его токсичность превосходит синильную кислоту), действие которого на организм подобно действию ионизирующих излучений.

Присутствие озона в атмосфере в небольших количествах исключительно важно для жизни на Земле. Благодаря поглощению солнечного ультрафиолетового излучения стратосферным озоном (слой от 8-50 км) биосфера Земли защищена от вредного излучения, а поглощение инфракрасного излучения тропосферным озоном поддерживает глобальный температурный баланс. Разрушение озонового слоя приводит к усилению ультрафиолетовой радиации, вызывающей концерогенный эффект, и нарушают процесс фотосинтеза растений.

Источником образования озона являются все искрящие и генерирующие жесткое электромагнитное излучение установки: электросварочные машины, системы зажигания двигателей внутреннего сгорания, рентгеновские аппараты, а также искрение в трамвайных, троллейбусных линиях и линиях электропередач.

Озон образуется во многих промышленных процессах как побочный продукт, а также намечается его широкое использование в различных технологиях очистки питьевой воды, обезвреживания отходов, хранения сельскохозяйственной продукции, в медицине и др. В связи с этим возникает необходимость в контроле его концентрации в технологических газовых средах и в воздухе рабочей зоны.

В то же время озон образуется в атмосфере под воздействием ультрафиолетового излучения и при одновременном присутствии оксидов азота и углеводородов. Ущерб растениям приносят концентрации озона в 150 мкг/м³ воздуха. Одной из причин гибели лесов служат фотооксиды, к числу которых относится и озон.

Согласно существующим оценкам, содержание озона в приземном слое атмосферы с начала эпохи индустриализации возросло примерно на 100% и ежегодно повышается на 1,0-1,6%. Понижение концентраций озона может быть достигнуто за счёт существенного уменьшения выбросов азота.

Предельно допустимая концентрация (ПДК) озона в атмосферном воздухе населенных мест:

• максимальная разовая - 0,16 мг/м³ [2];

• среднесуточная - 0,03 мг/м³

Для измерений в области натурных (т.е. естественных) концентраций озона (характерные значения 20 - 50 мкг/м³) и концентраций, близких к ПДК, наиболее пригодны хемилюминесцентные озонометры (ХЛО), благодаря их высокой чувствительности и сравнительно низкой стоимости. При более высоких концентрациях ХЛО теряют свои преимущества перед оптико-адсорбционными приборами. Диапазон 0,10 - 2,0 мг/м³ относится к области средних концентраций, где применение ХЛО становится неоправданным из-за низкой стабильности чувствительности и эффектов "памяти", сильно проявляющихся в этом диапазоне у хемилюминисцентных озоночувствительных элементов, а также из-за недостаточной их долговечности при таких концентрациях озона. В то же время, условия для реализации фотометрического метода измерения для этого диапазона концентраций остаются достаточно жесткими, т.к. поглощение оптического излучения слоем озоносодержащего воздуха в первые десятки сантиметров еще мало и лежит в диапазоне 10^-4-10^-2% (10^-6-10^-4). Выделение полезного сигнала, составляющего столь малую долю от фонового, требует применения высокостабильных фотоприемников, усилителей и источников зондирующего света.

Принцип действия таких газоанализаторов основан на том, что измеряется поглощение оптического излучения исследуемым газом в том участке спектра, где он имеет интенсивную полосу поглощения, не совпадающую с полосами поглощения других газов, присутствие которых возможно в анализируемой газовой смеси.

Интенсивность проходящего через поглощающую среду оптического излучения уменьшается в соответствии с законом Бугера-Ламберта – Бера.