病気や臓器機能の研究、新薬開発などについて詳しく知りたい場合は、重酸素水を利用できます。重酸素水は、さまざまな用途に使用される水の同位体です。過去には、冷却鏡の露点計、湿球と乾球の湿度計、および湿度に敏感なコンデンサーが、空気中の酸素水蒸気の高濃度を決定する数少ない方法でした。しかし、これらは同じ物理的および化学的性質を持っているため、水蒸気と重酸素水蒸気を区別できませんでした.
重酸素水蒸気は、使用時に必ず水蒸気と混ざります。湿度を測定するためのセンサーは多数ありますが、他のセンサーよりも選択性の高い単一のセンサーを選択することをお勧めします。
水の種類
他の種類の水と異なることが知られている水は、重水素原子を含む重水だけではありません。多くの種類の水は、構造内の陽子、中性子、および電子の数がわずかに異なります。多くの種類の水は、構造内の陽子、中性子、および電子の数がわずかに異なります。
- トリチウム水:重水素水に似ていますが、水素同位体が重水素水とは異なります。水素は、トリチウム水であるトリチウム水中でトリチウムの形になっています。トリチウムは放射性であるため、そこから生じる水分子でさえも放射性で腐食性があります。
- 準重水:名前から、通常の水と重水の混合であることがわかります。この場合、いくつかの水分子はプロチウム水素同位体の代わりに重水素原子を持っています。これは、準重水が軽水と重水の間の優れた中間点であることを意味します。
- 重酸素を含む水:通常の O16 の代わりに O17 や O18 などの酸素の同位体が構造内にあり、より安定しているため、重酸素水と呼ばれます。トリチウム水と同様に、重水も放射性システムで使用されます。
実験と結果
水蒸気の検出
湿度センサーは、DAS-TDLAS モードで動作して水蒸気を探します。三角形の信号を使用して、ダイオード レーザーは、レーザーが水蒸気を吸収するラインを横切ってスキャンします。使用電力量に応じて変化する電圧信号を記録します。市販の湿度センサー (Rotronic、HP32) を使用して、検出されたガスの相対湿度を取得します。このセンサーの精度は 0.5% RH です。
水蒸気サンプルの測定相対湿度は、1.95% RH、2.60% RH、3.25% RH、3.90% RH、4.55% RH、5.20% RH、5.85% RH、6.50% RH、18.26% RH、58% RH です。それぞれ 76% RH、および 88% RH。
信号プロファイルはすべて同じで、空気中の水分が多い場合に吸収が顕著になると言われています。曲線に対して線形フィッティングが行われます。この例では、平方和の残差は 19.59 であり、決定係数は R 2 =0.993 13 です。
水蒸気を検出できる速度は 9.64 mV/% RH です。提案されたセンサーは十分な直線性を持ち、水蒸気の測定精度は 0.5% RH 以内であることがわかりました。
重酸素水蒸気検出
WMS-TDLAS モードを使用して、新しい湿度センサーの機能を確認します。電流が流れると、中心波長が吸収線を横切って移動します。正弦波と三角波で駆動電流を同時に変化させます。
Triangle:三角信号の周波数は 100 Hz、正弦波の周波数は 10 kHz です。程よい変調感があります。 2 次高調波信号が測定されたとき、相対湿度の量が異なっていました。
Rotronic HP32 湿度センサーは水蒸気を検出し、相対湿度を測定します。それぞれ 3.4% RH、6.8% RH、10.2% RH、13.6% RH、17.9% RH です。プロファイル間には多くの類似点があります。それらは、最も多くのエネルギーを吸収する線の中心でピークに達します.
WMS-TDLAS モードで送信されている光に関連する重酸素水蒸気はどのくらいですか? 2 次高調波のピークと室内の相対湿度の間には関係があります。残差二乗和は 11.03 で、R2 =0.9850 です。重酸素水蒸気を検出するための 30.91 mV/% RH 感度があり、これはその感度です。提案されたセンサーは十分な直線性を持ち、重酸素水蒸気検出の測定精度は、センサーの 1.0% RH 以内です。
結論
同じ湿度センサーで、水蒸気と重酸素を検出できます。このペーパーでは、これを実現する方法について説明します。 TDLAS は、同位体の違いを見分ける優れた方法です。光源は、水蒸気と重酸素水蒸気の両方の吸収線をカバーする波長範囲を持つ単一の 1372 nm DFB ダイオード レーザーです。
光学長12mのヘリオットガスセルを採用し、SNRを向上させ、光学長を約60倍にしました。水蒸気の検出はDAS-TDLASモードで行い、検出精度は0.5%RH以内です。重酸素水蒸気検知はWMS-TDLASモードで行い、重酸素水蒸気の検知精度は1.0%RH以内です。
