ოპტიკური გახსნილი ჟანგბადის გაზომვების პრინციპები

სითხეებში გახსნილი აირების ქცევა საინტერესო და ვრცელი კვლევის სფეროა, რომელიც მნიშვნელოვან როლს ასრულებს ფარმაცევტული კვლევებიდან სასმელების წარმოებამდე.ქიმიური ინჟინერიის დისციპლინაში დიდი დრო იხარჯება პროცესის საინჟინრო კურსებზე, რომლებიც ფოკუსირებულია იმ კანონებსა და ურთიერთობებზე, რომლებიც არეგულირებენ თხევადი/გაზის სისტემების ქცევას უაღრესად ცვალებად გარემო პირობებში.ამ ტექნიკურ რჩევაში განვიხილავთ, თუ როგორ უკავშირდება ჰენრის კანონი Ocean Insight ოპტიკური ჟანგბადის სენსორების მუშაობას.

Ocean Insight ოპტიკური ჟანგბადის სენსორები

NeoFox ჟანგბადის სენსორის სისტემები აღმოაჩენენ ჟანგბადის ნაწილობრივ წნევას გარემოში და ამას აკეთებენ ფლუორესცენტური ფაზის ცვლის მეთოდით.სპეციალური საღებავი ჩასმულია თხელი გარსით სოლ-გელის მატრიცაში და დაფარულია ოპტიკური ბოჭკოვანი ზონდის ან თვითწებვადი პაჩის წვერზე, ხოლო ლურჯი LED გამოიყენება საღებავის ფლუორესცენტის გასააქტიურებლად (სურათი 1).

8

ამ ფლუორესცენციის ასპექტებს აკონტროლებს დეტექტორი და იქცევა ნაწილობრივი წნევის ჟანგბადისა და ტემპერატურის ფუნქციით.იმის გამო, რომ სისტემა რეაგირებს მხოლოდ ჟანგბადის ნაწილობრივ წნევაზე, რამდენიმე პარამეტრი უნდა იყოს ცნობილი სისტემის შესახებ დაშლილ ჟანგბადის ერთეულებად გადაქცევისას.

უილიამ ჰენრიმ ჩამოაყალიბა ძირითადი კანონი 1803 წელს, რომელშიც ნათქვამია: ”მუდმივ ტემპერატურაზე, მოცემული გაზის რაოდენობა, რომელიც იხსნება მოცემულ ტიპსა და სითხეში, პირდაპირპროპორციულია ამ გაზის ნაწილობრივი წნევისა ამ სითხესთან წონასწორობაში. ”

ძირითადად, ეს ამბობს, რომ გაზის ნაწილობრივი წნევა ორფაზიან გაზ/თხევად სისტემაში დაბალანსდება იმავე დონეზე თითოეულ ფაზაში, რაც ინტუიციური კონცეფციაა.თუმცა, გახსნილი ჟანგბადის ერთეულები ხშირად მოხსენებულია მგ/ლ (ან ppm) - მნიშვნელობა, რომელიც შეიცვლება სითხის ტიპისა და მისი თვისებების მიხედვით, როგორიცაა მარილიანობა, მიუხედავად იგივე ნაწილობრივი წნევისა.როგორ შეიძლება ეს?ეს არ არის ისეთი ინტუიციური და მოითხოვს ჭკვიან მათემატიკას სათანადო კონვერტაციისთვის.

ჟანგბადის სენსორული კონვერტაციის ალგორითმები

ზღვის წყალში გახსნილი ჟანგბადის გაზომვა კარგი მაგალითია ჰენრის კანონის საილუსტრაციოდ, რადგან ეს არის ჩვეულებრივი პროგრამა, რომელიც იძლევა მისი მარილიანობის სხვადასხვა განზავების საშუალებას.20 °C-ზე ზღვის წყალი ჰაერში (20,9% ჟანგბადი) დაბალანსდება 7,2 მგ/ლ-მდე, ხოლო სუფთა მტკნარი წყალი ოდნავ უფრო მაღალ 9,1 მგ/ლ-მდე;მარილის არარსებობის შემთხვევაში, თხევად ფაზაში გაზის ჩატვირთვის მეტი პოტენციალი არსებობს. მაგრამ ორი ნაწილობრივი წნევა იდენტურია, დაბალანსებულია 0,209 ატმ ჟანგბადთან (1 ატმ საერთო წნევაზე).Ocean Insight-ის ჟანგბადის სენსორები ვერ განასხვავებენ ამ ორ ხსნარს; მნიშვნელობის ზუსტი მოხსენება მგ/ლ-ში მოითხოვს თითოეული ხსნარის მარილიანობისა და ტემპერატურის ცოდნას.ამის დემონსტრირება შეგვიძლია ზღვის წყლის სხვადასხვა განზავებაში ჟანგბადის სხვადასხვა კონცენტრაციის დათვალიერებით და იმის დანახვით, თუ როგორ რეაგირებს NeoFox ჟანგბადის ზონდები.

9
ნახაზი 2-ზე ნაჩვენებია ჟანგბადის დაბალი და მაღალი მგ/ლ მნიშვნელობების დიაპაზონი, რომელიც შესაძლებელია ამ განზავების დიაპაზონში;კონცენტრაციის მატებასთან ერთად ურთიერთობა უფრო შესამჩნევი ხდება.კონვერტაცია გაზის ფაზის ნაწილობრივი წნევის ჟანგბადიდან თხევად-უიდ ფაზაში მგ/ლ (ppm) გამოითვლება NeoFox-ის პროგრამულ პროგრამაში ამ ურთიერთკავშირის მეშვეობით:
9
10

ღია და დახურული სისტემები

NeoFox ჟანგბადის სენსორის სისტემა იყენებს მრავალპუნქტიანი კალიბრაციის მატრიცას ჟანგბადის ნაწილობრივი წნევისა და ტემპერატურის დიაპაზონში.სისტემა იყენებს ამ მატრიცას სისტემაში ტემპერატურის რყევების გამოსასწორებლად.
გაზის ფაზაში ეს მართებულია და აუცილებელია სწორი გაზომვისთვის;თუ ტემპერატურა გაიზრდება 10 °C-ით და ჟანგბადის ნაწილობრივი წნევა იგივე დარჩება, სისტემა განიცდის ტაუს მნიშვნელობის ვარდნას (ფლუორესცენციის სიცოცხლის ხანგრძლივობა), მაგრამ ასევე აღმოაჩენს ტემპერატურის დელტას და კვლავ გამოსცემს ჟანგბადის ნაწილობრივი წნევის იგივე მნიშვნელობას.

თუ მრავალწერტილიანი კალიბრაციის მატრიცა გამოიყენება თხევად ფაზაში ღია სისტემაში, რომელიც თავისუფლად აწონასწორებს მის ირგვლივ გაზის ფაზას, ეს ასევე მართებულია, რადგან ნაწილობრივი წნევის კონვერტაცია განხორციელდება ისე, როგორც იყო გაზის ფაზა.ასევე, დაშლილი ჟანგბადის ერთეულის შემდგომი კონვერტაცია დარეგულირდება ტემპერატურის მიხედვით, ვინაიდან მგ/ლ ჟანგბადი თავისუფლად იცვლება მის ზემოთ გაზის ფაზასთან ერთად.თუმცა, დახურულ სისტემაში ყველაფერი არც ისე მარტივია.თუ თქვენ გქონდათ მშვენივრად დალუქული 1 ლ წყალი ჟანგბადის გარკვეული დონით, რომელიც არ არის გაჯერების მახლობლად (ვთქვათ, 2 მგ/ლ) და ჭურჭელში საერთოდ არ გაზის გარეშე, ტემპერატურის ცვლილება გამოიწვევს ცრუ ცვლილებას დაშლილი ჟანგბადის ერთეულებში. .ჩვენს ღია სისტემაში, როდესაც ტემპერატურა იცვლებოდა, სითხე თავისუფლად ცვლიდა ჟანგბადს გარემოსთან და გარდაქმნის მათემატიკა ითვალისწინებდა ამ ცვლილებას მგ/ლ-ში.თუმცა, ჩვენს დახურულ სისტემაში - რომელსაც არ შეუძლია ურთიერთქმედება გარემოსთან - ტემპერატურის ცვლილება ასევე გამოიწვევს კონვერტაციის მათემატიკას, რომ მოხდეს ცვლილება მგ/ლ-ში, მიუხედავად იმისა, რომ ვიცით, რომ ჯერ კიდევ გვაქვს 2 მგ ჟანგბადი ჩვენს 1 ლიტრიან ჭურჭელში. უმარტივესი გამოსავალი ამ სცენარში არის ის, რომ არ დაუშვან მეორადი კონვერტაცია (ნაწილობრივი წნევა მგ/ლ) ტემპერატურის ცვლილების გათვალისწინება და ამის ნაცვლად მხოლოდ პირველი გადაქცევის (ტაუ ნაწილობრივ წნევაზე) ანაზღაურება ტემპერატურისთვის. ეს მიდგომა თუმცა, ვარაუდობს, რომ მომხმარებელმა იცის ჟანგბადის ნამდვილი მნიშვნელობა დახურულ სისტემაში ზოგიერთ საწყის ტემპერატურაზე;გადადის ამ ტიპის დახურული სისტემის კონვერტაციაში სათანადო გარეშე

საწყისი ქულები ძალიან ართულებს თუ არა შეუძლებელი გამოთვლას.

11

დასკვნები
Ocean Insight მუდმივად აუმჯობესებს, თუ როგორ ამუშავებენ ჩვენი ჟანგბადის სენსორები და აცნობენ მონაცემებს მომხმარებლისთვის, რათა მნიშვნელობები იყოს მაქსიმალურად სწორი და ზუსტი.

სასარგებლო რესურსები
• აშშ-ს გეოლოგიური სამსახური გახსნილი ჟანგბადის ხსნადობის ცხრილები.
• აშშ-ს გეოლოგიური კვლევის ცხრილები გახსნილი ჟანგბადის გაჯერების მნიშვნელობების შესახებ.


გამოქვეყნების დრო: მარ-26-2022