СПЕКТРОМЕТРИЯ (абсорбционная) —физико-химический метод исследования газовых смесей, растворов и твердых веществ, основанный на изучение спектров поглощения в ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной части спектра. Методом спектрометрии изучают зависимость интенсивности (энергии) излучения, поглощения, отражения, рассеяния или иного преобразования света, излучаемого веществом или падающего на него, от длины волны. Спектрометрия широко применяют для изучения строения и состава различных соединений (комплексов, красителей, аналитических реагентов и т. д.), для качественного и количественного определения веществ (открытия следов элементов в металлах и сплавах). Приборы, которыми пользуются в спектрометрии называют спектрофотометрами.

Форсированное питание источников излучения использовалось в ряде работ для получения приемлемого соотношения сигнал/шум в абсорбционных спектрофотометрических измерениях. Следует, однако отметить, что в этом случае аппаратура достаточно громоздка и лампы быстро выходят из строя из-за разрушения электродов и осаждения распыленного материала электродов (вольфрама) на стенках баллона лампы. Кроме того, из-за высокого тока питания в форсированном режиме (~1000 A) возникают электромагнитные наводки на другие элементы измерительной аппаратуры. Альтернативным источником света для абсорбционной спектрометрии в УФ области являются дуговые дейтериевые ДДС лампы. Насколько нам известно, в отличие от дуговых ксеноновых ламп, ДДС лампы не использовались в форсированном режиме, хотя запрос на такие источники света в физико-химических исследованиях существует.

Дуговые дейтериевые спектральные лампы (далее лампы) служат стандартным источником света в спектрометрах для записи спектров в области 200–350 нм. Такие лампы используются также для спектрофотометрического определения концентрации различных молекул и радикалов в статических, проточных и импульсных химических реакторах. В статических и проточных реакторах измерения продолжаются достаточно долго и по этой причине можно использовать аппаратуру с низким временным разрешением. Это обстоятельство позволяет получать приемлемое соотношение сигнал/шум даже для относительно малоинтенсивных источников света, коими являются ДДС лампы. Для импульсных реакторов, таких как ударные трубы, ситуация существенно другая – требуется временное разрешение ~1–2 мкс. В этих условиях интенсивность ДДС лампы, работающей в стационарном режиме, при номинальном токе питания ~0.3 А, не обеспечивает удовлетворительного соотношения сигнал/шум (≥ 10). С другой стороны, время наблюдения в ударной трубе достаточно короткое – несколько миллисекунд. По этой причине ток питания ДДС лампы может быть многократно увеличен на этот короткий промежуток времени без нанесения вреда или разрушения лампы. При этом ожидается, что при этом интенсивность ДДС лампы также существенно увеличится.

Таким образом, целью настоящей работы является описание разработки электронного прибора для форсированного питания дуговых дейтериевых ламп и первых результатов его применения для исследования кинетики метильных радикалов на установке ударная труба, проведенных в Федеральном Научном Центре Институт Химической Физики Российской Академии Наук.

Многократное увеличение светового потока лампы , путем форсирования питания на период наблюдения (1-4 мс).
См. рисунок, где: А – штатный режим работы лампы; Б – форсированный режим работы лампы.

С учетом вышеизложенного и произведенных расчетов получаем следующую электрическую схему прибора

Увеличение интенсивности ДДС лампы Narva на длине волны λ = 216.4 нм при кратковременном увеличении тока питания от 0.3 до 5 А (в 16 раз): А и Б – интенсивность в стационарном режиме и во время форсажа (в 10 раз).

Прибор прошел успешные испытания в Лаборатории № 0115 ФИЦ ХФ РАН в составе научной аппаратуры ударной трубы. Получены первые успешные научные результаты. Прибор включен в состав научных приборов стенда.

Идея и конструкция прибора отвечают принципу технической новизны.

В заключение хочу выразить глубокую благодарность научному руководителю, ведущему научному сотруднику, доктору физико-математических наук ФИЦ ХФ РАН, Смирнову Владимиру Николаевичу за предложенную идею и возможность прикоснуться к реальным и интересным научным исследованиям, а также сотрудникам лаборатории 0115 ФИЦ ХФ РАН за консультации по разработке и изготовлению прибора.