Существует несколько подходов к созданию систем обеспечивающих возникновение разряда в жидкости для возбуждения эмиссионных спектров содержащихся в ней ионов металлов. Наилучшие условия для возникновения разряда имеют место в неоднородном поле c большим электрическим градиентом. Наиболее перспективными являются относительно простые, но при этом достаточно эффективные система разряда в канале в жидкости [5] и система электрод-поверхность жидкости.

Возникновение разряда в них осуществляется подачей на электроды с помощью высоковольтного источника питания импульсного напряжения прямоугольной или синусоидальной формы через балластное сопротивление, стабилизирующее ток разряда. Возникающее в результате разряда свечение плазмы регистрируется оптическим спектрометром [6-7].

Применение системы c электрическим разрядом в канале для контроля загрязненных жидкостей, например сточных вод, практически невозможно, ввиду быстрого загрязнения капилляра в котором собственно и возникает электрический разряд. В качестве альтернативной системы была предложена установка, в которой разряд возникает между острийным электродом (анод) и поверхностью жидкости (катод). Такая установка практически не подвержена загрязнению, а простота конструкции позволяет использовать ее для потокового контроля состава жидкости.

Было рассмотрено применение разных источников с частотой генерации прямоугольных и синусоидальных импульсов от сотен Гц до десятков кГц. Оптимальные характеристики разряда получались при амплитуде напряжения около 15 кВ и частоте сигнала 20…40 кГц. На рисунке 1 представлена осциллограмма напряжения (CH1) и тока (CH2) в разрядной системе.

Рисунок 1 – Осциллограмма напряжения и тока в разрядной системе

На кафедре электронных приборов и устройств СПбГЭТУ «ЛЭТИ» был разработан оптический спектрометр ISM3600 [8-9] и программа Aspect [9-10] для анализа получаемых спектральных данных, с помощью которой во многом упрощается идентификация спектральных линий, т.к. линии любых атомов и ионов могут быть отображены поверх полученного спектра. Для успешной идентификации спектральных линий элементов [11-12] нужно высокое разрешение спектрометрического оборудования. Оно может быть достигнуто применением в оптической схеме дифракционной решетки с плотностью штриховки 600 штр./мм и более. Однако использование такой решетки приведет к увеличению размеров устройства или при неизменных размерах к уменьшению рассматриваемого диапазона длин волн. Таким образом, возможно либо рассмотрение всего диапазона 200…1000 нм с разрешением порядка 1.5 нм, что может оказаться недостаточным для распознавания всех линий излучения элементов при наличии в жидкости большого числа различных заранее неизвестных химических соединений, либо анализ небольшой части спектрального интервала, но с большим оптическим разрешением.

Проведенные исследования показали высокий предел обнаружения данной системы по щелочноземельным металлам. Недостатком устройства является наличие в спектре излучения линий OH групп и атомарного водорода, а также высокой фоновой составляющей (рисунок 2).

Рисунок 2 – Спектр излучения разряда в водопроводной воде с добавлением солей натрия и калия

По результатам проведенных исследований можно сделать вывод о возможности качественного и количественного анализа жидкостей с помощью анализа спектров излучения разряда в жидкости или над ее поверхностью. Однако существует целый ряд сложностей возникающих при создании такой системы, а именно: низкая чувствительность метода, требующая увеличение времени накопления заряда в фотоприемнике; быстрая загрязняемость разрядной ячейки; распыление электродов и др.