【正文】 是傳統(tǒng)的萃取劑。通常取d/b=，可得到近似的正弦波，其中d為光源像點直徑，b為切光片扇形寬度。從信號處理角度考慮，信號通道的帶寬越窄，信噪比越高，因此要求輸出為正弦波。切光器結(jié)構(gòu)，由直流電動機、切光片(或調(diào)制盤)、軸套等組成。考慮到儀器對光路的要求及有效地利用光源的能量，本儀器采用單透鏡聚光系統(tǒng)對其發(fā)出的光束進行聚焦，使其輻射全部進入紅外濾光片[8]。由鹵鎢燈調(diào)節(jié)工作臺l、散熱支架聚焦透鏡及其安裝筒4等三個部分組成，均通過螺釘安裝固定?？紤]儀器對光路的要求，采用單透鏡聚光系統(tǒng)。 (二)透鏡聚光系統(tǒng)透鏡聚光系統(tǒng)將光源燈絲的像聚焦在分光系統(tǒng)的入射狹縫上。鹵化鎢向玻璃管中央繼續(xù)移動，又重新回到被氧化的燈絲上，由于鹵化鎢是一種很不穩(wěn)定的化合物，其遇熱后又會重新分解成鹵素蒸氣和鎢，這樣鎢又在燈絲上沉積下來，彌補被蒸發(fā)掉的部分。(3)具有良好的穩(wěn)定性。 光源的選擇(一)系統(tǒng)中選用的光源應(yīng)滿足以下條件:(l)在儀器的工作波段范圍內(nèi)能夠提供連續(xù)輻射，即光源可以發(fā)射連續(xù)光譜，以便記錄一個完全的吸收光譜。經(jīng)過放大的信號再經(jīng)過信號處理電路處理、A/D轉(zhuǎn)換電路AD7705進行A/D轉(zhuǎn)換，最后進入計算機系統(tǒng)(此系統(tǒng)包括AT89C52單片機及外圍擴展接口，如鍵盤、顯示器、時鐘、看門狗等接口電路)，并由此系統(tǒng)控制采樣，數(shù)據(jù)處理及濃度計算等[2]。為了滿足熱釋電紅外探測器的線性范圍在3一10毫瓦，因此我們將使用的“6V，6W”。同時通過LCD顯示器顯示或打印機打印出測量結(jié)果。這樣首先將萃取劑石放在參比池中作為本底樣品，萃取的油的混合溶液放入樣品池，光源發(fā)出的光經(jīng)紅外濾光片濾光。油類中含有的甲基、亞甲基等官能團。通常，體現(xiàn)液層厚度的吸收池內(nèi)部透光面垂直距離也稱為吸收池的光徑。也就是說，只有當光束垂直入射時，液層厚度才與光路長度的定義相同。根據(jù)GB8322一87的規(guī)定，液層厚度為吸收池的兩個平行且透光的內(nèi)表面之間的距離。另外，也需引入一些方法來提高系統(tǒng)測量的準確度，拓寬系統(tǒng)的測量范圍。對于特定種類的油，其組分穩(wěn)定，且各組分的含量也一定，所以特定種類的油有穩(wěn)定的吸收光譜，對特定波長的光有確定的吸收能力，即確定的吸光系數(shù)。至此，我們可以將朗伯一比爾定律用文字概括為:當一束單色平行光垂直射入吸收介質(zhì)的溶液時，溶液的吸光度與吸收物質(zhì)的濃度和液層厚度乘積成正比[1]。朗伯一比爾定律的數(shù)學(xué)表示式為: (2—1)式中:k一被測物質(zhì)的吸光系數(shù)，與介質(zhì)本身的性質(zhì)有關(guān)L一液層厚度C一物質(zhì)的濃度一入射光強度I一透射光強度上式就是光吸收定律，也稱朗伯一比爾(Lambert一Beer)定律，其不僅適用于溶液，也適用于氣體和固體。1927年，朗伯(Lambert)指出:一束單色光通過透明溶液介質(zhì)時，光能被吸收一部分，被吸收的光能量與溶液介質(zhì)厚度有一定的比例關(guān)系。 Optics Principlel聚光鏡 系統(tǒng)測量的基本原理非分散紅外光度法是基于光學(xué)中的朗伯一比爾定律。從鹵鎢燈發(fā)出的光調(diào)制為交變信號后，經(jīng)聚光鏡系統(tǒng)及樣品池場鏡、濾光片會聚到單/多色儀入射狹縫，經(jīng)準直鏡變?yōu)槠叫泄馔渡涞焦鈻派?，由光柵色散的光?jīng)聚焦鏡、柱面鏡將2930 、2960 ，和3030的單色光分別會聚到位于焦平面處的探測器上。(5)研制與硬件相對應(yīng)的計算機系統(tǒng)，具有采集、控制、傳輸、運算、存儲、顯示等功能。(4)通過編程實現(xiàn)單片機對電信號的處理計算，包括模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，數(shù)據(jù)的參考信號與測量信號的歸一化處理等。(2)設(shè)計最佳的分光系統(tǒng)，滿足系統(tǒng)對光線的要求。此系統(tǒng)具有精度高、操作簡便、一鍵測定等優(yōu)點，可以檢測出被測水樣中亞甲基、甲基物質(zhì)和動植物油含量，可廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測、水文水利、污水處理廠、發(fā)電廠、等行業(yè)及部門，滿足日常檢測及應(yīng)急監(jiān)測的需要。也是貫徹落實中央領(lǐng)導(dǎo)指示精神、維護國家法律尊嚴、實行和諧社會思想的具體體現(xiàn)，具有重要的社會和經(jīng)濟價值。因此開展水中油檢測技術(shù)研究，不僅可以滿足國家科學(xué)制定油資源開發(fā)、利用與保護規(guī)劃，保障國家油安全、糧食安全、生態(tài)環(huán)境安全的迫切需要。此方法適用于樣品中芳香烴含量不高的情形。紅外分光光度法可以在石油烴中芳烴占有很大比例的水樣中使用。烴類中C一H振動的特征吸收波長見表11。紅外光度法包括了紅外分光光度法和非分散紅外法(Non一DisPersivehifrared簡稱NDIR)。由于測定方法長期沒有得到統(tǒng)一，因此一直存在方法與方法之間，以及數(shù)據(jù)之間的不可比性，從而影響了判斷油質(zhì)的準確性。另外，由于被檢測樣品與光學(xué)器件無直接接觸，所以不存在光學(xué)元器件的清洗問題。但由于海洋監(jiān)測關(guān)注的是難降解的芳烴類石油，故在我國海水監(jiān)測中仍在使用。同紫外法一樣，產(chǎn)生熒光的物質(zhì)主要為芳香族化合物和含共轆雙鍵化合物。由于各種物質(zhì)的紫外吸收強度差異較大，對于組成變化較大的工業(yè)廢水和成分復(fù)雜的環(huán)境水體，采用紫外分光光度法，數(shù)據(jù)可比性和準確性都較差，因此國外己不再使用。該方法不適于環(huán)境水質(zhì)和大批量樣品的測定。重量法應(yīng)用范圍不受油品的限制，可測定含油量較高的含油污水?；趩纹瑱C的礦井油質(zhì)的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)論文1. 緒論水體和土壤中礦物油的檢測已引起各國相關(guān)部門的高度重視，目前常見的測定方法有重量法、紫外分光光度法、熒光分光光度法、紅外分光光度法和非分散紅外光度法。重量法是用有機萃取劑(石油醚或正己烷)提取酸化了的樣品中的油類，萃取劑通過氧化鋁柱(或佛羅里硅藻土)除去動植物油類，將溶劑蒸發(fā)掉，稱重后計算石油類含量。本方法不足之處是操作過程復(fù)雜，靈敏度低，分析時間長，對操作條件和操作者技能的依賴程度高。紫外分光光度法是利用石油及其產(chǎn)品中芳香族化合物和含共扼雙鍵化合物在215~260nm紫外區(qū)的特征吸收測定石油類含量。熒光分光光度法的測定原理為根據(jù)有機物吸收紫外光后發(fā)射出的熒光強度定量。由于不同物質(zhì)的熒光發(fā)射強度差異很大，測定結(jié)果受油品組成影響較大，其物理意義為物質(zhì)的熒光強度。熒光光度法的優(yōu)點是不需要萃取劑，易于實現(xiàn)在線檢測。缺點是僅能測定礦物油中苯系物的含量，無法測定礦物油中的直鏈烷烴?；诖耍?0年代開始經(jīng)過10年的研究，我國于1996年根據(jù)國際標準化組織(ISO)的推薦標準發(fā)布了“GBT16488一1996水質(zhì)、石油類和動植物的測定紅外光度法”，從而統(tǒng)一了油類測試的標準問題。這兩種方法都是基于油品中某些特性基團對紅外光的特征吸收行為進行測定的，符合最基本的光的吸收規(guī)律——“比爾定律”。 表11烴類中C一H振動的特定吸收波長 Table11 The Specific IR absorbing wavelengths of CH vibrationinhydroearboneomPounds 類別 波數(shù)() 波長(nm)亞甲基(一CH2一) 29303413甲基(CH3一) 2960 3378芳烴(=CH一) 3030 3300紅外分光光度法，是用三氟三氯乙烷或四氯化碳萃取水體中的油類物質(zhì)，并通過硅酸鎂吸附，除去動植物油，得到水中石油類物質(zhì)，在紅外光譜中的波數(shù)為2930，2960和3030 處的吸光度來計算其濃度，計算公式為: （1—1）式中: C一溶劑中石油類的含量A一對應(yīng)波數(shù)一下的吸光度X、Y、Z一與各種C一H鍵吸光值相對應(yīng)的系數(shù)F一脂肪烴對芳烴影響的校正系數(shù)上述3個波數(shù)對應(yīng)的特征吸收物質(zhì)分別為亞甲基(CH2)基團中C一H鍵的伸縮振動、甲基(CH3)基團中C一H鍵的伸縮振動和芳烴(H)中C一H鍵的伸縮振動。 非分散紅外光度法(Non一DispersiveInfrared簡稱NDIR)利用油中烷烴的、近紅外區(qū)()附近存在伸縮振動吸收帶。該方法為美國環(huán)境保護署對油的測量的標準方法[10]。適應(yīng)國家制定區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃、城市化發(fā)展規(guī)劃、生態(tài)環(huán)境保護建設(shè)規(guī)劃的迫切需要。本課題針對我國石油的勘探和監(jiān)測監(jiān)控情況，探索出一套檢測油的可行方案和方法，利用非光度技術(shù)，開發(fā)研制具有自主知識產(chǎn)權(quán)的適合國情的適于野外礦物油監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)。主要研究內(nèi)容有:(l)研究紅外分光光度法和非分散紅外光度法的測油原理，找出兩種方法各自的優(yōu)缺點圍及比較、檢測精度、測量時間、投入成本等方面的異同。(3)進行整機硬件的合理性結(jié)構(gòu)設(shè)計，確定各參數(shù)。研究高精度、低消耗的測量算法。2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計。探測器將接收到掃描后的三波長紅外光轉(zhuǎn)換成電信號，再經(jīng)前置放大、同步檢波一放大后由A/D變換器送入單片機，計算出三波長吸光度及樣品濃度，并在液晶顯示器上顯示或由打印機打出。它描述了吸光度、液層厚度及溶液濃度之間的定量關(guān)系。1852年，比爾(Beer)作了類似實驗，指出光強度變化與溶液中溶液濃度也存在類似關(guān)系。不僅適用于分子對可見光的吸收，也適用于原子吸收、紅外吸收，熒光、火焰發(fā)射光譜法中發(fā)射強度與分子原子濃度關(guān)系。油分植物油和礦物油，都是由多種有機成分組成的復(fù)雜混合物。本系統(tǒng)的研制是基于朗伯一比爾定律的，所以必須采取有效措施來保障這種線性、正比關(guān)系不被破壞。 需要補充說明的是:液層厚度在概念上有別于光路長度和光程。而光路長度是光通過吸收池內(nèi)物質(zhì)的入射面與出射面之間的路程。在光吸收定律中這兩個名詞同義。 Fluid thickenss and the length of Iight route 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)紅外測油系統(tǒng)主要由光源系統(tǒng)、樣品系統(tǒng)、分光系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、計算機系統(tǒng)等五大系統(tǒng)組成。有特征吸收峰，而用作從水樣中萃取油份的四氯化碳()，透過率在80%以上。窄帶紅外光經(jīng)過調(diào)制器調(diào)制后的復(fù)合脈沖光對稱的分為兩束，一束光通過吸收池，另一束光通過參比池，經(jīng)過分光系統(tǒng)單色儀進行色散后，再經(jīng)過放大系統(tǒng)放大及信號處理、A/D轉(zhuǎn)換等最后由計算機系統(tǒng)測量得到入射光強度 和透射光強度I，再由單片機系統(tǒng)，根據(jù)比爾定律通過MCS51匯編語言，運用浮點數(shù)進行計算就可以得到油的濃度C。此系統(tǒng)是否能達到規(guī)定的技術(shù)指標，重復(fù)性、穩(wěn)定性是否很好，是否存在時間漂移和溫度漂移等問題，我們選用了熱釋電紅外探測器作為此系統(tǒng)的傳感器。由于輸出電壓比較小，其值為幾毫伏，所以必須經(jīng)過前置放大器放大到A/D轉(zhuǎn)換的規(guī)范值方能進入計算機系統(tǒng)進行一系列處理故而我們選用低漂移、低失調(diào)的集成運算放大器AD620作為前置放大電路的主要元件。 Prineiple of oil infrared measuring systerm3 系統(tǒng)硬件設(shè)計 光源系統(tǒng)儀器的光源系統(tǒng)設(shè)計主要包括光源、濾光片等關(guān)鍵部件的選擇。(2)選用的光源在工作波段內(nèi)有足夠的光能量，其能量隨波長變化盡可能小。(4)有較長的使用壽命。光源波長范圍(nm)光子 輸出強度氫燈185～375 弱，360nm以上不能用氛燈 185～400 中等強度(是氫燈的3一5倍)鹵鎢燈 250～2000 用玻璃燈殼時，320nm以下無輸出鎢燈 320～2500最好輸出為400一1200nm能斯特燈1000～3500010000nm以上輸出弱碳化硅棒 1000～50000鹵素燈的玻璃外殼中充有一些鹵族元素氣體(通常是碘或澳)，其工作原理為:當燈絲發(fā)熱時，鎢原子被蒸發(fā)后向玻璃管壁方向移動，當接近玻璃管壁時，鎢蒸氣被冷卻到大約800℃并和鹵素原子結(jié)合在一起，形成鹵化鎢(碘化鎢或漠化鎢)。通過這種再生循環(huán)過程，燈絲的使用壽命不僅得到了大大延長(幾乎是白熾燈的4倍)，同時由于燈絲可以工作在更高溫度下，從而得到了更高的亮度，更高的色溫和更高的發(fā)光效率[6]。為了充分利用提高光源的能量，要求光源燈絲的尺寸大小、聚光系統(tǒng)透鏡的焦距、入射狹縫的尺寸應(yīng)盡量滿足成像關(guān)系，同時還應(yīng)考慮分光系統(tǒng)性能要求。(三)光源機械結(jié)構(gòu)設(shè)計儀器的光源系統(tǒng)應(yīng)保證鹵鎢燈的燈絲準確地成像在分光系統(tǒng)的入射狹縫上，同時還要考慮光源的散熱問題。為了便于光源的散熱，l，2安裝在儀器外殼3的外部，4安裝在儀器外殼的內(nèi)部。 Machine frame of the lamphouse 切光器將光源發(fā)出的直流光信號轉(zhuǎn)換為交流信號以便于放大和抑制噪聲，光譜儀器對調(diào)制器的尺寸以及加工和安裝精度有嚴格要求【12】。其切光尺寸以及光源象的大小影響調(diào)制信號的形狀和濾波信號的大小，如光源象為圓點，則通過切光器后的信號通常為梯形波，經(jīng)濾波后只剩下主頻信號，能量損失太多。要想得到精確的正弦波，就對切光片的葉片形狀和均勻性要求很高。 The frame of the modulator 樣品系統(tǒng) 萃取劑的選擇水對紅外輻射具有較強的吸收作用，用紅外光度法測定水體中礦物油時需將礦物油萃取到對紅外輻射沒有吸收的溶劑(即特殊的萃取劑)中進行測量。由于屬于氟氯烷烴類，破壞臭氧層，是國際公約《關(guān)于消耗臭氧層物質(zhì)的蒙特利爾議定書》限制生產(chǎn)和禁止大量使用的化學(xué)物質(zhì)。四氯乙烯作為萃取劑，具有沸點高和毒性低的優(yōu)點，美國GRABNER公司生產(chǎn)的測油儀已在使用[13]。樣品系統(tǒng)中的液體池設(shè)有兩個，一個作為吸收池，另一個作為參比池，液體池主要有石英池和玻璃池兩種，在紫外區(qū)必須采用石英池，可見和近紅外區(qū)最好用玻璃池，也可用石英池。 本系統(tǒng)中采用光程為1cm的石英比色皿。射入比色皿的光必須是平行光，否則光程不一致將影響測量精度。應(yīng)該注意的是:放置位置和方向應(yīng)保持穩(wěn)定，否則會對測試結(jié)果產(chǎn)生一定的影響。 分光系統(tǒng)光源(鹵鎢燈)發(fā)射的復(fù)合光通過透鏡系統(tǒng)聚焦后被切光器調(diào)