OPTIKA A KÖRNYEZETVÉDELEMBEN
Czitrovszky Aladár, Nagy Attila, Kerekes Attila, Oszetzky Dániel
Sokszínű Optika, ELFT Nyári Iskola Szeged, 2011. augusztus 24.
Tartalom
Bevezetés - a fény mint az optika tárgya és eszköze Optikai módszerek alkalmazása a környezetvédelemben A légkör integrális optikai vizsgálati módszerei (DOAS, LIDAR, AETHALOMETER, NEPHELOMETER) Az egyedi részecskéken történő fényszórás alkalmazása a légköri aeroszolok vizsgálatára A fényszóráson alapuló műszerfejlesztéseink: Optikai részecskeszámlálók Lézeres aeroszol-analizátorok A kifejlesztett műszerek alkalmazásai: Budapest levegőjének monitorozása A Ferihegyi Repülőtéren végzett mérési kampányok A vörösiszap katasztrófa után végzett mérések Összefoglaló
A fény mint részecske – pl. a detektorok kvantumhatásfokának mérési elve fotonszámlálásos módszerrel APD1
M1
N1 M koinc Beeső nyaláb
N2 APD2
M2
N1=N2=Npárok M1=h1N1 Mkoinc=h1h2Npárok=h1h2N1=h1h2N2
M2=h2N2
M koinc N 2h1h 2 = = h1 M2 N 2h 2 M koinc = h2 M1
A használt detektorok (SPCM-AQR) kvantumhatásfoka: η1=0,63 η2=0,65
A fény mint részecske - programozott fotonszámú fényforrás Detektor Ar-ion lézer
Vezérlő elektronika KDP kristály
T1
T2 Optikai kapu
n=4
n=2
A fény mint hullám
Az interferometria mint vizsgálati módszer
Physics Nobel Prize in 1907
A fázis-siftelt interferometria alkalmazása felületek topológiájának vizsgálatára LÉZER
NYALÁBOSZTÓ
MINTA
Mérő interferométer Az interferométerbe belépő térerő:
EIN = Ax, y ei x, y A detektorra a referencia és mérő nyaláb esik:
ER = AR x, y eiR x, y A detektorjel:
EM = AM x, y eiM x, y
I D = ER EM ER EM = AR ei R AM ei M AR e i R AM e i M =
= AR2 AM2 2 AM AR cos M R
Jelfeldolgozás
Definit fázisváltozást viszünk be a ref. ágba, pl. 0, /2, , 3/2 fázistolások mellett vesszük fel az interferenciaképet. Ekkor a 4 képre, minden x,y pontban a következőt kapjuk: A = I 0 1 V cos
A = I 0 1 V cos
B = I 0 1 V cos 2
B = I 0 1 V sin
D = I 0 1 V cos 3 2
D = I 0 1 V sin
C = I 0 1 V cos
C = I 0 1 V cos
B D I 0 2V sin = = tan A C I 0 2V cos
Kifejlesztett műszerek Interferometrikus felületvizsgáló berendezés
A légszennyezés aktuális problémái
Refrakció
A fény a természetben Fényszórás
A fényszórás hullámhosszfüggése
Reflexió
DOAS - Differential Optical Absorption Spectroscopy
Beer-Lambert törvény – az abszorpció egy bizonyos hullámhosszon arányos az itt elnyelő gázmolekulák számával. Transmitter (hullámhossz tartományban sugároz) –Detektor (bizonyos hullámhosszokon mér) - Analizátor
LIDAR (Light Detection and Ranging – optikai távérzékelés a szórt fény alapján) Lézerimpulzus – a visszaszórt fény mérése nagy időbeli felbontással
AETHALOMETER a szén mérésére szolgáló monitor – több hullámhosszon méri a szén részecskék abszorpcióját NEPHELOMETER – az integrális fényszórást méri egy adott térfogatban – szórási koefficiens meghatározása – aeroszol koncentráció
Fénszórásos módszerelk alkalmazása a légköri aeroszolok vizsgálatára – mit lehet mérni és hogyan alak méret törésmutató
sűrűség
méreteloszlás
koncentráció
sebesség
Monokromatikus síkhullámmal megvilágított, homogén, gömb alakú részecskéről szórt fény irányfüggése
0.1 m 1 m 10 m
90 1
120
60
0.1 0.01 150
1E-3
30
1E-4 Megvilágító 1E-5 nyaláb 1E-6
180
0
1E-5 1E-4 1E-3
210
330
0.01
=680 nm
0.1 1
240
300 270
n= 1.48
1E-9
1E-10
Relatív intenzitás
Előre szórási geometria: a: 10o - 30o = 680 nm
1E-11
1E-12
m = 1.33 m = 1.48 m = 1.6 m = 1.6+0.3i
1E-13
1E-14
1E-15 0.1
1
10
Részecske méret [m] 1E-9
Merőleges szórási geometria: a: 60o - 120o Relatív intenzitás
1E-10
1E-11
1E-12
m = 1.33 m = 1.48 m = 1.6 m = 1.6+0.3i
1E-13
1E-14
0.1
1
Részecske méret [m]
10
Részecskeszámláló műszer a Hannoveri kiállításon
Az APC-03-2B Részecskeszámláló specifikációja Konfiguráció Fényforrás Mérettartományok Max. részecske konc. Mintavételezési térf. Számlálási üzemmód Mérési ciklusidő Adatátviteli sebesség Alarm szintek Kalibrálás Tápfeszültség Méret és súly
Airborne Particle Counter egység IBM compatibbilis vezérlő számítógép 50 mW félvezető lézer 0.3; 0.5; 1; 3; 5; 10 mm 5*106 particle/litre 2.83 liter/min kumulativ és differenciális 1 - 3600 sec (1 sec inkrementálással) 9600 Boud serial csatornánként külön választható modiszperz kal. latex. 220 VAC, 50 Hz, 200 VA 155 x 515 x 175 mm, 14.7 kg
Sample aerosol stream
Mirrors
Laser beam
Laser diode
Beam stop
Scattered light
Detector
Detector
A Mie szóráselmélet alapján elvégeztük a berendezés modellezését, AutoCAD program segítségével megterveztük annak optikai és mechanikai egységeit. Kifejlesztettük az elektronikai egységeket. Összeépítettük, beüzemeltük és bemértük a berendezést Összegzett válaszfüggvény
hullámhossz: =680nm törésmutató: m=1.5
1E-10 1E-11 1E-12 1E-13
o
o
a1 Előre szórás (10 -30 )
1E-14
o
o
a2 Hátra szórás (150 -170 ) a1 + 10*a2
1E-15
Szórt intenzitás [tetsz. egység]
Szórt intenzitás [tetsz. egység]
1E-8
Szórt intenzitás méretfüggése
1E-9
hullámhossz: =680nm
1E-9
1E-10
1E-11
1E-12
átlátszó részecskék m=1.5 elnyelő részecskék m=1.5+0.3i
1E-13
1E-14
1E-15
1E-16 0.1
1
Részecske méret [m]
10
0.1
1
Részecske méret [m]
10
Refractive index measurement method Design of the optical system
Laser diode 2
Laser diode 1
Detector 1
Detector 1 Dichroic beam splitter Detector 2
Detector 2
Evaluation principle n. . . . . . . . . . . . . . 3. 2. 1.
Scattered int. [a.u.]
1E-9
1E-10
1E-11
1E-12
1E-13 0,1
1
Size R(F1, B1, F2, B2)
Re(Np) Im(Np)
10
Particle diameter [m]
Id. n1n2n3n4
Size B2
Re(N)
Im(N)
F1 R1
B1 n1 R2
F2 n 2 R3
n 3 R4 n 4
Radius Real(N) Im(N) [m]
Radius Real(N) Im(N) [m]
1.3672 1.3672 1.3672 1.3672 1.3672 1.3672
1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8
0 0 0 0 0 0
86 86 86 84 86 84
81 85 84 82 83 81
83 85 82 84 82 83
78 80 83 83 80 81
86 87 87 87 86 86
84 83 83 86 87 84
82 83 83 82 82 82
83 83 82 81 84 84
Radius Real(N) Im(N) [m]
1.3672 1.3771 1.387 1.3969 1.4068 1.4167
1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5
0 0 0 0 0 0
1.3672 1.3672 1.3672 1.3672 1.3672 1.3672 1.3672 1.3672 1.3672 1.3672 1.3672
1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
86 81 81 81 81 81 81 81 81 81 81
84 64 65 66 67 68 69 70 71 72 72
82 76 77 77 77 77 77 77 77 77 77
83 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71
A kalibrálás
400 350
Hibaelemzés
300
Gyakoriság
250
eredeti eloszlás szimulált eloszlás
200 150 100 50 0 0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
részecske méret [ m] 6000
(a)
5000
5000
4000
4000
Gyakoriság
Gyakoriság
6000
3000
3000
2000
2000
1000
1000
0
1.1
1.3
1.5
1.7
1.9
mRe
2.1
2.3
2.5
(b)
0
0.0
0.2
0.4
0.6
mIm
0.8
1.0
A részecskék sűrűségének mérési elve
t t1
t2
Measured results
Intenzitás [t.e.]
A Raman szórás
-300
-200
-100
0
100
200
300
-1
400
450
500
550
600
650
700
750
Raman shift (cm )
800
Hullámhossz [nm]
Intenzitás [t.e.]
[t.e.] Intenzitás [t.e.] Intenzitás
Minta
400
Rugalmas szórás
Rugalmatlan szórás
450
500
550
600
650
Hullámhossz [nm]
700
750
800
400 400
450 450
500 500
550 550
600 600
650 650
Hullámhossz Hullámhossz[nm] [nm]
700 700
750 750
800 800
Rugalmatlan szórás
A Raman szórás
• a sávok pozíciója • félértékszélessége • intenzitásaránya
Intenzitás
Paraméterek
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
-1
Raman eltolódás [cm ]
Meghatározható • Összetétel, adott anyag jelenléte a mintában • Kristályhibák • Fizikai jellemzők
Előnyök
Hátrányok
• Roncsolásmentes
• A kiválasztási szabályok korlátozzák a Raman aktív rezgések számát
• Nincs szükség mintapreparációra • Nagy érzékenység • Hordozhatóság
• Lumineszcencia
Renishaw Raman spektrométer
• mikroszkóp feltét: 50x - 1000x nagyítás • gerjesztés:
Ar-ion lézer, 488 nm félvezető lézer, 785 nm
• nyalábátmérő:
1 - 20 μm
• mérési tartomány: 200 - 5000 cm-1 • felbontás:
1cm-1
Pásztázó Raman spektroszkópia Automatizált mérésvezérlés Úthossz: 5 cm x 5 cm Felbontás: 200 nm
400
600
800
1000
1200
-1
Intenzitás [t.e.]
200
Intenzitás [t.e.]
Intenzitás [t.e.]
Gázturbinás erőmű üzemanyagában található szennyezők vizsgálata
1400
Raman eltolódás [cm ] 200
400
600
800
-1
Raman eltolódás [cm ]
1000 200
400
600
800
-1
Raman eltolódás [cm ]
1000
Gázturbinás erőmű üzemanyagában található szennyezők vizsgálata
Si lapka 520 cm-1
Szilikátok (katapleiit és dumortierit) Foszfátok (Al, Cu)
Vas-oxid (hematit)
Kőzetek Raman spektrumai Renishaw adatbázis
Gázturbinás erőmű üzemanyagában található szennyezők vizsgálata Feladat: a hőerőmű fűtőanyagában található szennyezők eredetének meghatározása Minta: gázturbina fúvókájának szűrője, Újpesti Erőmű
Légköri aeroszolok Raman spektroszkópiája Feladat: a hőerőművek közelében gyűjtött aeroszolok összetételének meghatározása. Mintavételezés: Mobil laboratórium, az Újpesti Erőmű környezetében
Eredmények: Gázturbinás erőmű üzemanyagában található szennyezők vizsgálata A mintában talált részecskék Raman spektrumai között 3 csoport különböztethető meg. Ezek alapján a szennyező anyagban vas-oxid, szilikátok (katapleit és dumortierit) és foszfátok (Al, Cu) jelenléte mutatható ki. A szennyeződést a rendszerben visszamaradt fémforgács és hegesztési salak, valamint ásványi eredetű, a földgázban már kitermelésekor jelenlevő részecskék alkotják.
Légköri aeroszolok Raman spektroszkópiája A hőerőmű közelében gyűjtött aeroszol minták Raman spektroszkópiai vizsgálata azokban több különböző anyag jelenlétét mutatta ki. A szemcsék egy része ásványi eredetűnek mutatkozott és főként oxidokat (SiO2, Al2O3 és Fe2O3) tartalmazott. Másik részükben szerves eredetre utaló összetevők voltak kimutathatók. A fenti két csoport azonban nem különíthető el teljesen, mivel a felvett spektrumok egy része úgy a szerves mint az ásványi anyagok karakterisztikus Raman szórási sávjait is tartalmazta.
FIAT DUCATO 14 2.0 JTD Furgone 12 m3 M - 1745 kg M max - 3250 kg 1997 cm3 90 KW
APC-03-2AAeroszol részecskeszámláló Mérettartomány: - 0,3 - 0,5 - 1,0 - 3 5 - 10 m - cummulatíve, differential Koncentráció: - 10 - 5x106 part/litre Mintavételezési térfogat – 2,8 liter/perc Mintavételezési idő – 1s – 3600 s,
KS-306.60-Mkaszkád impaktor PM 2.5, PM 10, total
FAG-88 -sugár abszorbcióspor monitor
Belső táphálózat + 2 aggregátor
Tektronix 220 digitáális tároló oszcilloszkóp +szervizműszerek
Mérések Budapesten
Az egyes vizsgálati területeken élő 7-11 éves
gyermekek légzőszervi betegségeinek gyakorisága 25
21,1*
Bp XV. P.Erzsébet Solymár
20,7
20
százalék
15,3 15
15 13,3
12,3
9,9* 10 5
7,1 2,6
0 Asztma dg.
Asztmás tünetek
Bronchitiszes tünetek
Nemhez és életkorhoz illesztett esélyhányadosok és 95%-os megbízhatósági tartományuk: Bp. XV. 6,63 (1,78-24,71)** 1,78 (0,91-3,45) 1,47 (0,76-2,84) P.Erzsébet 4,70 (1,28-17,24)* 1,20 (0,63-2,29) 1,00 (0,53-1,90) Solymár 1,00 1,00 1,00
A mérőkonténer
Repülőtéri mérések: a mérések célja - a szennyezőforrások felderítése, a források erősségének meghatározása, a koncentráció időbeli és térbeli eloszlásának mérése
A mérések során > 150.000 adatot regisztráltunk, amelyeket redszereztük és feldolgoztuk
A kifutó pálya melletti mérések 5 másodperces időbeli felbontással
A szervíz tevékenység
2.6 g/m
2006.01.13
3
4000
peak 9:41
Number concentration [#/litre]
600000
average
3000
1.5
2000 1.0
3
700000
peak 12:15
6
<1.0 m <2.5 m <10 m Gas concentration [g/m ]
Size distribution 2006.01.13
Number concentration [particle/litre]
2.0x10
NO NO2 SO2 CO PAH
1000
0.5
0.1 g/m
3
0.0
0 6:00
9:00
12:00
15:00
18:00
Time
500000 400000 300000 200000 100000 0 .0 10 58. 5 8. 57. 5 7. 56. 5 6. 05. 0 5. 04. 0 4. 53. 5 3. 03. 0 3. 52. 5 2. 02. 0 2. 61. 6 1. 31. 3 1. 01. . 0 -1 80 0. . 80 -0 70 0. . 70 -0 65 0. . 65 -0 58 0. . 58 -0 50 0. . 50 -0 45 0. . 45 -0 40 0. . 40 -0 35 0. . 35 -0 30 0. . 30 -0 28 0. . 28 -0 25 0.
Size distribution [m]
2.6 g/m
2006.01.13
3
4000
peak 9:41
Number concentration [#/litre]
600000
average
3000
1.5
2000 1.0
3
700000
peak 12:15
6
<1.0 m <2.5 m <10 m Gas concentration [g/m ]
Size distribution 2006.01.13
Number concentration [particle/litre]
2.0x10
NO NO2 SO2 CO PAH
1000
0.5
0.1 g/m
3
0.0
0 6:00
9:00
12:00
15:00
18:00
Time
500000 400000 300000 200000 100000 0 .0 10 58. 5 8. 57. 5 7. 56. 5 6. 05. 0 5. 04. 0 4. 53. 5 3. 03. 0 3. 52. 5 2. 02. 0 2. 61. 6 1. 31. 3 1. 01. . 0 -1 80 0. . 80 -0 70 0. . 70 -0 65 0. . 65 -0 58 0. . 58 -0 50 0. . 50 -0 45 0. . 45 -0 40 0. . 40 -0 35 0. . 35 -0 30 0. . 30 -0 28 0. . 28 -0 25 0.
Size distribution [m]
A műszerek beépítése a GAVRON-ba
Nukleáris aeroszolok vizsgálata (ZR-6-os kisérleti reaktor, AEKI)
1E7
2500
APC 03-2B Mérettartomány 0.3-10 m 2000
100000 1000
Részecskeszám koncentráció H őmérséklet
10000
1000 17:37:49
o
1500
Hőmérséklet [C]
Koncentráció [db./lit.]
1000000
500
0 17:42:04
17:46:19
17:50:33
17:54:48
17:59:03
18:03:17
18:07:32
Id ő 1E7
APC-01-02 Mérettartomány: 0.3-10 m
2500
2000
1500 100000 1000
Részecskeszám koncentráció H őmérséklet
10000
1000 17:37:54
500
0
17:42:14
17:46:34
17:50:53
17:55:12
Id ő
17:59:30
18:03:49
18:08:07
o Hőmérséklet [C]
Koncentráció [db./lit.]
1000000
A vörosiszap katasztrófa után végzett mérések Kolontáron és Devecseren
Műholdfelvétel a vörösiszappal elöntött területről 2010 október 10. 1 2
3
4 5 6
Elöntött terület ~ 40 km2, települések : Kolontár – 600 lakos, Devecser – 5000 lakos
A vörösiszap néhány anyagjellemzője: sűrűség
3,1-3,8 t/m3
egyirányú nyomószilárdság 40-112 N/cm2 szivárgási tényező 10-7 -5 x 10-8 m/s
Devecser, 2010. október 19. A nagy nátrium hidroxid tartalom miatt erősen lúgos anyag, laza szerkezetű, nagy reszuszpenziós tényezővel rendelkezik aeroszolképződés
Devecser, 2010. október 19.
Devecser, 2010. október 21.
A devecsri Kastélypark 2010. október 21.
Kolontár, 2011, október 20.
Laboratóriumi előkísérletek a veszprémi Pannon Egyetemen
GRIMM 1.109 APC-01-02A CPC TSI
Mérettartomány 7 nm – 32 mikrométer Koncentráció tartomány 5X10E6 részecske/liter
10
Koncentáció [N / logD]
10
10
10 10 10
10 10
Részecske méreteloszlás
7
2010.10.19.
13:10
6
5
Számszerinti koncentráció méreteloszlása a minta felkavarása és kiülepedése során labor mérés, PE
4
3
2
Maximum a méreteloszlásban ~ 6-8 mikrométer körül
1
0
3
4
5
6 7 8 9
2
1
3
4
5
6 7 8 9
2
10
3
4
5
6
Méret [µm]
Részecske méreteloszlás
Részecske méreteloszlás
10
10
10
5
2010.10.19.
2010.10.19.
13:05
13:04
Koncentáció [N / logD]
Koncentáció [N / logD]
10
4
3
10
10
4
3
2
10 3
4
5
6 7 8 9
1
2
3
4
5
Méret [µm]
6 7 8 9
10
2
3
4
5
6
2
3
4
5
6 7 8 9
1
2
3
4
5
Méret [µm]
6 7 8 9
10
2
3
4
5
6
Maximum Részecske méreteloszlás
10
10
4
2010.10.19.
14:22
Tömeg szerinti koncentráció méreteloszlása a minta felkavarása és kiülepedése során labor mérés, PE
3
2
3
4
5
6 7 8 9
1
2
3
4
5
6 7 8 9
10
2
3
4
5
6
1000
Méret [µm]
Részecske méreteloszlás 2010.10.19.
8
14:28
6 4
Koncentáció [m / logD]
Koncentáció [m / logD]
10
2
100
8
6 4
2
10
8 6
4
2
3
4
5
6 7 8 9
1
2
3
4
5
Méret [µm]
6 7 8 9
10
2
3
4
5
6
Helyszíni mérések
A mikrobuszba beépített műszerek: •GRIMM 1.109 aerosol spectrometer •APC-03-2A, APC-01-02 Airborn Particle Couner •Kalman Impaktor •Aeroszol analizátor DWOPS •Airpointer •CPC TSI •Aethalomatar •Vezérlő PC + autonóm inverteres táphálózat •NAVIGON 322 GPS
Általunk fejlesztett műszerek
A DWOPS fontosabb jellemzői: Koncentráció 10 – 107 részecske/l Méreteloszlási tartomány – 0,3 – 10 m Optikai törésmutató – 1- 2,5 Optikai abszorpció – 0 – 1 Mintavételezési idő – 1 – 1000 sec Mintavételezési sebesség 1 l/perc Mintvételezési ciklusok száma – max 10 000 Megjelenitési mód – 2D, 3D diagramok, táblázatok
A mérőbuszba beépített műszerekkel mérhető paraméterek: • Aeroszolok méreteloszlása
• Számszerinti koncentráció (részecske/liter) • Tömegkoncentrációja (mg/m3)
• Optikai törésmutatója • Optikai abszorpciója • Különböző frakciók részaránya •A fentiek időbeli és tétbeli változása
Mérések az átszakadt gátnál
Részecske méreteloszlás 1000
Tömegszerinti koncentráció méreteloszlása Devecseren eső előtt és után
Devecser 2010. október 20. 12:25
7 6 5
3 2
100 7 6 5 4 3
2
10 3
4
5
6
7 8 9
1
2
3
4
5
6
7 8 9
10
2
3
Részecske méreteloszlás
4
Méret [µm]
3
Devecser 2010. október 20. 14:25
2
Koncentáció [m / logD]
Koncentáció [m / logD]
4
100 8 7 6 5 4 3 2
10 8 7 6
3
4
5
6
7 8 9
1
2
3
Méret [µm]
4
5
6
7 8 9
10
2
3
Tömeg szerinti koncentráció méreteloszlása a mikrobuszban a koncentráció ~ 6X-an meghaladja az egészségügyi határértéket Részecske méreteloszlás
1000 7 6 5
KFKI 2010. október 22. 10:10
4
Koncentáció [m / logD]
3 2
100 7 6 5 4 3 2
10 7 6
3
4
5
6 7 8 9
1
2
3
4
5
6 7 8 9
10
2
3
Méret [µm]
Reszuszpenzió - ~ 1% m/mo
4
5
6
A DWOPS aeroszol analizátorral végzett terepi mérések eredményei
II.Mérési kampány, Devecser, 2010, november 4.
Laboratóriumi mérések – SZFKI
I.ép. Optikai méréstechnikai laboratórium, I. ép. Raman spektroszkópiai laboratórium, I. ép. Lumineszcencia laboratórium, XXV/A ép. Aeroszol laboratórium, III. ép. Elektron-mikroszkópiai laboratórium
Mintavétel utólagos laboratóriumi mérésekhez és elemzésekhez
Laboratóriumi méréseknél alkalmazott műszerek és módszerek RENISHAW 1000 Raman spektrométer, 785 nm-es hullámhosszú RENISHAW félvezető gerjesztőlézer, Ar-ion gerjesztőlézer, LEICA DM LM mikroszkóp, MOTIC 1000 video-mikroszkóp, HORIBA-JOBIN YVON Fluorolog 3-22 fluoriméter, JEOL JSM 840 pásztázó elektronmikroszkóp, EDAX mikroanalízis
A vörösiszap mikroszkópós felvételei
A vörösiszapot összetapadt kisméretű aggregátumok alkotják. Fő alkotórészei a jellegzetes vörös színt kölcsönző szemcsék (vasoxid - hematit), de emellett szürke, sötétbarna, fekete (egyéb fémoxidok) és áttetsző szemcsék (szilícium-dioxid) is megfigyelhetők benne.
Raman intenzitás [t.e.]
Raman intenzitás [t.e.]
A vörösiszap Raman spektrumai
200
400
600
800
200
1000
400
600
800
1000
-1
Raman eltolódás [cm ]
-1
Raman intenzitás [t.e.]
Raman intenzitás [t.e.]
Raman eltolódás [cm ]
200
400
600
800
1000 -1
Raman eltolódás [cm ]
1200
500
1000
1500 -1
Raman eltolódás [cm ]
2000
Háttérként megfigyelhetők széles fotolumineszcencia sávok. A 217, 285, 395 és 605 cm-1 hullámszámoknál - a hematit karakterisztikus csúcsai vannak. A spektr. másik karakterisztikus csoportja a kvarc 461 cm1-nél karakterisztikus csúcsa. Ehhez rendelhetők a 246 és 378 cm-1-nél megjelenő csúcsok is, amelyek szilícium oxidok jelenlétére utalnak. Van még rutil (titán-dioxid, 440 és 613 cm-1), kaolin (alumínium-szilikát, 333, 352, 629 és 657 cm-1) alumínium-szilikát, 716 cm1 és grafit.
Lumineszcencia intenzitás [t.e.]
A vörösiszap lumineszcencia spektruma
3
2 4 1
300
400
500
600
Hullámhossz [nm]
700
800
Az egyes anyagokhoz rendelhető emissziós sávok átfedhetik egymást, vagy ugyanabba a hullámhossz-tartományba esnek, ezért a karakterisztikus sávok hozzárendelése nem mindig egyértelmű. A lumineszcencia spektrumban fölbontás nélkül is felismerhető csúcsokat jó közelítéssel a következő anyagok emissziójával lehet kapcsolatba hozni: 491 nm – oxalátos Al2O3; 382, 460, 500 nm – pórusos alumínium-oxid; 570 nm – SiOx, 580 nm – Fe2O3 (hematit).
A vörösiszap SEM felvételei
A mintavételi helyszínek
Comparison of bulk particle composition of red mud sediment and PM10 dust as measured from 3x0,5 cm2 specimen region using Energy-dispersive X-ray Specroscopy in SEM
SEM Image of red mud dust particles on a quartz filter and size distribution of particles that was measured from similar images
SEM image of particles in the PM10 fraction of resuspended red mud dust. The particle marked 1 is Ca- and Ti-rich, whereas the bulk of particle 2 is probably Hematite, as indicated by the corresponding EDS spectra
A PM1-es részecskék összetétele
MINTA
VIZSGÁLATI MÓDSZER
BERENDEZÉS
MÉRT PARAMÉTER
Tiszta terek, lamináris boxok minősítése
APC-03-2
Légköri aeroszolok
APC-03-2A
méreteloszlás (t),
Rugalmas ényszórás,
APC-03-B
darabszám koncentráció (t),
részecske-számlálás,
PAPC-03-2
Toxikológiai inhalációs kísérlet Nukleáris aeroszolok Városi gáz Kórházi műtők Gyógyszer alapanyag Porlasztott anyagok és szűrők
sebességeloszlás (t), LDA,
LQB-1-200 alakvizsgálat,
mikroszkópia,
LQB-1-200L sűrűség,
szórt fény statisztikai analízise
LQB-1-200LT törésmutató (t) VELOSIZER morfológia
Lumineszcens porok
MOTIK videomikroszkóp
Égéstermékek (Diesel motor)
Raman spektrométer
összetétel
Összefoglaló A légkör vizsgálatára több fajta optikai módszer alkalmas : a fényszórás, a fényelnyelés (extinkció), a spektroszkópia, a mikroszkópia stb., amelyek jól kiegészítik egymást Ezekkel a módszerekkel meg lehet határozni a légkör szennyezettségét, az aeroszolok koncentrációját, méreteloszlását, alakját, összetételét,stb. A kifejlesztett műszerek alkalmasak a fenti paraméterek időbeli és térbeli eloszlásának a meghatározására és a többi módszerhez képest sokkal gyorsabb mérést tesznek lehetővé A kifejlesztett műszerekkel és módszerekkel egy sor mérési kampányt végeztünk, ezek során meghatároztuk a levegőszennyezettség paramétereit a Budapesten, a Ferihegyi repülőtéren, ipari üzemekben, valamint Devecseren és Kolontáron a vörösiszap katasztrófa után. A fentiek alapján ajánlásokat dolgoztunk ki a légkör szennyezettségének csökkentésére.
