Озон. Физика и химия озона. Химия атмосферного озона. Стратосферный озон и особенности его распределения, страница 23

Все трассовые методы базируются на методике дифференциального поглощения излучения. То же можно сказать и о наиболее точных и распространенных приборах для измерения локальных концентраций озона. Помимо методик дифференциального поглощения излучения для измерения концентрации озона могут быть использованы и другие методы, основывающиеся на известных эффектах взаимодействия озона с веществом (химические, хемилюминесцентные, полупроводниковые датчики и т.п.).

В развитых странах действует весьма «густая» сеть пунктов наблюдения за концентрацией приземного озона. Пожалуй, наиболее совершенная  сеть развернута в США. Автоматизированные приборы для измерения концентрации озона способны накапливать результаты измерений и передавать их по запросу в аналитические центры, где осуществляется обработка поступающей информации, по линиям телефонной связи. Одной из важнейших проблем (характерных для всех метеорологических измерений) является калибровка аппаратуры и обеспечение  сохранности калибровки в течение длительного времени. Именно легкость калибровки и ее сохранность являются теми критериями, которые позволяют отдать предпочтение тому или иному прибору.

Ниже в этом разделе мы более детально рассмотрим  устройство двух типов приборов для измерения концентрации приземного озона оптическим методом. Первый тип приборов основывается на прокачке исследуемого воздуха через анализатор и позволяет определять концентрацию озона в локальной точке пространства, из которой осуществляется забор воздуха.   Оптическая схема устройства приведена на рис. 11.18.

В качестве источника излучения удобно использовать ртутную лампу, из спектра которой с помощью фильтра выделяется одна из самых интенсивных линий   253.7 нм, попадающая почти в максимум полосы Хартли поглощения озоном. Считается, что в этой области спектра других поглотителей излучения кроме озона нет.  Запишем выражение для регистрируемого сигнала:

                                                ,

где

 - интенсивность источника,  - абсолютная чувствительность прибора (показания регистрирующей системы при единичной интенсивности источника), n – концентрация озона, - сечение поглощения озоном излучения на выбранной длине волны, l – длина кюветы. Логарифмируя и преобразуя выражение, находим

                                                .

Для получения  концентрации нужно определить величину . С этой целью анализируемый воздух прежде, чем запустить в кювету, пропускается через сосуд, заполненный разрушителем озона. В этом случае, очевидно, регистрируемый сигнал равен

                                                       .

Следовательно,

                                               .

Определим, какова  должна быть точность измерений сигналов для регистрации средней концентрации озона (~40 ppb) с погрешностью, не превышающей 5%.  Из выражения для концентрации имеем

                                             ,

где  - абсолютная погрешность определения концентрации,  - относительные погрешности измерения сигналов при отсутствии и в присутствии озона в анализируемом воздухе. Обозначим

                                                   .

Считаем, что эта  погрешность носит случайный характер. Поэтому

                                                     .

Отсюда следует, что для обеспечения не превышающей 5% относительной погрешности определения концентрации озона относительная погрешность измерения сигналов не должна превышать величину

                                                      ,                                                               (11.4)

где обозначено  - оптическая толщина поглощения озоном в кювете. В случае кюветы длиной около одного метра при заданной концентрации озона около 40 ppb и длины волны излучения, соответствующей максимуму поглощения, . Таким образом, к точности измерений предъявляются очень высокие требования. Иногда для повышения точности измерений (учета нестабильности источника излучения) в конструкции прибора используются две идентичных кюветы, через которые попеременно прокачивается анализируемый воздух и воздух, не содержащий озона. В этом случае можно вести параллельные измерения сигналов от обеих кювет, и это позволяет исключить влияние флуктуаций интенсивности источника излучения.