Диссертация (1145362), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Корпус кюветы цилиндрической формы длиной 5 м, внутреннимдиаметром 50 см и толщиной стенки 1 см изготовлен из нержавеющей сталии рассчитан на работу с газами при давлениях до 25 атм. Возможностьразогрева или охлаждения не предусмотрена. Конструктивной особенностьюкюветы является отсутствие каркаса оптической схемы (оптической скамьи).Коллективное зеркало кюветы и два объективных зеркала, закрепленные вюстируемыхоправах,установленынезависимодруготдругавпротивоположных концах корпуса.
Каждая из конструкций опирается в трехточках непосредственно на корпус кюветы, играющий роль каркаса ввидуего достаточной механической жесткости. Опорные винты регулируются повысоте. Конкретизация технических решений по установке и креплениюнесущих конструкций оптических элементов внутри кюветы проводилась входе специальных экспериментальных испытаний при различных условиях,изложенных в [132]. В итоге реализованная оптико-механическая схемаоказалась хорошо защищенной от деформационных воздействий призаполнении кюветы газом.В кювете установлены зеркала с покрытием из золота на титановойподложке. В блоке согласующей оптики используются четыре плоских и двасферических зеркала, преобразующие пучок излучения с апертурным углом1:6 в пучок с углом 1:20, необходимым для заполнения светом объективныхзеркал кюветы. Как и в других установках, кювета оснащена удобной имногофункциональной системой пробоподготовки, включающей колонны ссорбентами для проведения очистки (осушки) газов, охлаждаемые сосудыдля сбора газов методом криоконденсации, сеть газовых трубок изнержавеющей стали, соединяющих эти и другие элементы системы, включаявентили, контрольные и образцовые манометры для измерения давлений.Вакуумная система обеспечивала откачку внутренних объемов кюветы и56спектрометра и состояла из форвакуумного насоса РВН-20, двухроторногомеханического вакуумного агрегата АВМ-50-1 и вакуумметра ВИТ-2А.Основные технические характеристики и параметры использованных вработе установок приведены в табл.
2.1.Таблица 2.1.Основные технические характеристики и параметры экспериментальныхустановок для исследования ИК-спектров поглощения молекулярных газовна протяженных оптических трассах.Тип и характеристикиспектрометра1. Национальный ИнститутСтандартов и Технологий(США).Вакуумный ИК-Фурьеспектрометр BOMEM DA 003.Сменные светоделители наширокий спектральныйдиапазон от 200 до 10000 см–1.Предельное разрешение 0.004см-1. Различные сменныеприемники на широкийспектральный диапазон,включая использованные внастоящей работе охлаждаемыежидким азотом детекторыHg:Cd:Tе и In:Sb.2.
ИнститутЭкспериментальнойМетеорологии НПО «Тайфун».ИК-Фурье-спектрометр PerkinElmer 1720X. Светоделитель –KBr. Рабочий спектральныйдиапазон 400 – 7000 см-1.Разрешение от 0.5 см-1. Базовыйприемник DTGS со встроеннойсистемой термостабилизации наоснове элемента Пельтье.ПараметрымногоходовойкюветыБазовая длинакюветы – 2 м.Оптическая схемаУайта. Покрытиезеркал –Аu.Апертурный угол1:25.
Максимальнодопустимоедавление – до 8 атм.Длина трассы от 12до 116 м. Рабочаятемпература от ≈ -80до +90 С. Объем –106 литров.Базовая длинакюветы – 1 м.Оптическая схемаУайта. Апертурныйугол 1:17. Покрытиезеркал –Аl. Длинатрассы от 6 до 30 м.Максимальнодопустимоедавление – до 5 атм.Рабочая температураДополнительныесведенияКювета оснащенавсемнеобходимым исовременнымоборудованиемдля работы сразличнымигазами, включаямногофункциональнуюсистемупробоподготовки,вакуумнуюсистему иконтрольноизмерительнуюаппаратуру.Кювета оснащенасистемойпробоподготовки,вакуумнойсистемой инеобходимойконтрольноизмерительнойаппаратурой.57Дополнительно могут бытьустановлены охлаждаемыежидким азотом детекторыHg:Cd:Tе и In:Sb.3.
Физический факультет С.Петербургского ГУ.Дифракционный вакуумныйоднолучевой спектрометр ИКС31 со сменными решетками 50,100, 150 и 300 штр./мм.Спектральный диапазон 400 –6000 см-1. Предельноеразрешение около 0.3 см-1(зависит от длины волны).Приемники излучения:болометр, фоторезистор PbS.от ≈ -60 до +80 С.Объем – 15 литров.Базовая длинакюветы – 4 м.Оптическая схемаУайта. Апертурныйугол 1:16. Покрытиезеркал –Аu. Длинатрассы от16 до 640м. Максимальнодопустимоедавление – до 25атм. Рабочаятемпература –комнатная.
Объем –около 1 м3.Кювета оснащенамногофункциональной системойпробоподготовки,вакуумнойсистемой инеобходимойконтрольноизмерительнойаппаратурой.58Глава 3. Методика обработки спектров.3.1. Примеры спектров поглощения и постановка задачи по ихобработке.Применявшиеся в данной экспериментальной работе технологиипробоподготовки (очистки и осушки газов) не всегда приводили кбезупречномурезультату,иэкспериментальнозарегистрированныеспектрограммы все-таки содержали следы примесных газов, наложенные наинтересующие континуальные профили. Так, например, в спектрахпоглощения азота в области основной индуцированной полосы 1←0 такимигазами оказываются углекислый газ, окись углерода и водяной пар. Вкачестве иллюстрации на Рис. 3.1 представлены два спектра, записанные водной из серий измерений при температуре Θ = 362.7 К.1ν2 H2O1←0 COTransmittance0.90.80.72L = 84 mΘ = 362.7 KP = 7.71 atmP = 4.65 atmν3 CO210.60.51850200021502300245026002750-1Wavenumber, cmРис.3.1.Спектрыпоглощенияазотавобластиосновнойиндуцированной полосы 1←0.
Наблюдаемые слабые линии в области 1870,2150 и 2350 см-1 относятся к полосам ν2 Н2О, 1←0 СО и ν3 СО2,соответственно.Хронологически первым был записан спектр с более высоким давлениемазота - 7.71 атм, и позже, после стравливания части образца из кюветы, был59получен второй спектр при давлении 4.65 атм. Если в первом следы полосыν3 СО2 практически не видны, то во втором, несмотря на снижение давления,содержание СО2 становится заметно выше, очевидно, за счет десорбциимолекул с внутренних поверхностей кюветы.
Аналогичные процессынаблюдались при записи спектров кислорода, особенно при высокихтемпературах газа. Для иллюстрации на Рис 3.2 приведены два спектра,первый из которых был получен в серии измерений при температуре Θ =320.5 К и давлении 3.84 атм. Второй спектр был записан в этой же серии,приблизительно один час спустя, после понижения давления кислорода до2.72 атм.Transmittance1.020.90.8L = 84 mΘ = 320.5 K1 - P = 3.84 atm2 - P = 2.72 atm10.70.612001300140015001600170018001900-1Wavenumber, cmРис.
3.2. Спектры поглощения кислорода в области основнойиндуцированной полосы 1←0. Наблюдаемые слабые линии в области 1350 1850 см-1 относятся к полосе ν2 Н2О.Значительный рост содержания водяного пара связан с десорбциеймолекул Н2О с внутренней поверхности кюветы. Этот процесс наблюдался,несмотря на длительную тренировку (осушку) кюветы при температурахвплоть до +900С, хотя при низких температурах (ниже -200С) следы водяногопара в спектрах кислорода отсутствовали, и их цифровая обработка непроводилась.60С другой стороны, как это наблюдается в случае углекислого газа,экспериментально зарегистрированный спектр вообще изначально являетсясуперпозицией разрешенных линейчатых и индуцированных полос.
Примерспектра углекислого газа в области Ферми-диады представлен на Рис. 3.3.Transmittance1ν2 H2O0.80.6(ν1, 2ν2)161218O C OL = 84 mΘ = 346 KP = 2.35 atm0.4ν4 CH4(ν1, 2ν2) (CO2)20.2110012001300140015001600Wavenumber, cm-1Рис.3.3.Спектрпоглощенияуглекислогогазавобластииндуцированных (запрещенных) полос Ферми-диады (ν1, 2ν2). Стрелкамиуказаны P- и R-ветви этих же полос, разрешенных для несимметричногоизотопомера16О12С18О. В овалах выделены хорошо различимые структурыполос (ν1, 2ν2) стабильного димера углекислого газа. Также указаны Q-ветвьи слабые линии R-ветви полосы ν4 примеси метана и линии полосы ν2 Н2О.Условия его регистрации приведены в поле рисунка. Этот спектр образовандвумя широкими бесструктурными индуцированными полосами Фермидиады (ν1, 2ν2) [133], поверх которых расположены хорошо различимыеразрешенные полосы (ν1, 2ν2) несимметричного изотопомера16О12С18О истабильного димера (СО2)2, а также слабые линии примеси метана иводяного пара.Во всех этих случаях корректное прямое измерение бинарныхкоэффициентовпоглощенияиинтегральныхинтенсивностейиндуцированных полос оказывается невозможным и требует разработки61численных методов разделения вкладов в поглощение и удаления следовмешающих линий и полос.3.2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
