Физики Санкт-Петербургского государственного университета и Казанского национального исследовательского технического университета имени А.Н. Туполева создали прибор для анализа газов, объединяющий в себе плазменный детектор и хроматограф. Результаты исследования опубликованы в научном журнале High Energy Chemistry.
Газоанализаторы представляют собой устройства, предназначенные для измерения концентрации веществ в воздухе или иных средах, играющие важную роль в экологическом мониторинге, промышленности, охране труда, медицине и научных исследованиях.
Прибор «ПИА», основанный на методе хроматографии, используется для изучения состава газовых сред, включая определение предельных и непредельных углеводородов, спиртов, сероводорода, меркаптанов, а также неорганических соединений: азота, кислорода, водорода, оксида и диоксида углерода.
Другое оборудование — инновационный детектор, работающий на принципах плазменной электронной спектроскопии (ПЛЭС), — анализирует состав веществ путем изучения характеристик электронов, высвобождаемых из атомов или молекул под воздействием плазмы. Этот подход основан на уникальных энергетических уровнях каждого элемента, включая энергию ионизации, что позволяет определять химический состав образца через анализ спектра энергии высвобожденных электронов.
Для эффективного мониторинга атмосферы требуется одновременное проведение исследований по нескольким направлениям, что делает необходимым комплексный подход для экономии времени и ресурсов. Ученые Санкт-Петербургского государственного университета и КАИ объединили детектор и хроматограф в единый аналитический инструмент и доказали высокую эффективность разработки.
«В ходе экспериментов мы продемонстрировали возможность расширения применения плазменной электронной спектроскопии для определения состава газовых смесей на примере He+CH4(600 ppm)+N2+O2 (700 ppm) — смеси гелия, метана, азота и кислорода», — отметил ассистент кафедры оптики, спектроскопии и физики плазмы СПбГУ Сергей Сысоев.
В сложных смесях некоторые компоненты могут обладать схожими физическими или химическими свойствами, что затрудняет их деление. Например, сигналы от двух различных газов могут перекрываться на энергетической шкале, и традиционные методы не всегда способны их различить. Новый прибор улучшает разделение и идентификацию за счет добавления временной координаты к анализу. Так, разработанное учеными устройство сначала разделяет смесь на отдельные компоненты, а затем анализирует их не только по химическим и физическим свойствам, но и учитывает время прохождения через систему.
Таким образом, анализ проводится как по временной, так и по энергетической шкале. Использование детектора на основе ПЛЭС повышает точность измерения концентрации примесей в портативном хроматографе, что позволило объединить функциональность двух приборов и значительно улучшить качество измерений. Это открывает перед учеными новые возможности для развития технологий в экологии, медицине и промышленности. Как подчеркивают авторы исследования, его результаты могут стать основой для дальнейших научных исследований и разработок в сфере газового анализа.
Информация предоставлена пресс-службой СПбГУ
Источник фото: ru.123rf.com
