Для определения степени загрязнения воды органическими примесями был собран прототип оптической установки для измерения интегральной интенсивности фотолюминесценции (ФЛ), схематически изображенный на рис. 1 а. В качестве источника возбуждения люминесценции (1) использовался полупроводниковый GaN лазерный диод, излучающий на длине волны λ=405 нм производства фирмы Sanyo, излучение которого возбуждает ФЛ в кювете с анализируемым веществом (2). Излучение из кюветы собиралось кварцевой линзой (3) и направлялось в кремниевый детектор (4) DET36A производства фирмы Thorlabs, со спектральной чувствительностью, показанной на рис. 1 б, работающий в фотогальваническом режиме с нагрузкой 1 ГОм. Для измерения использовалась схема синхронного детектирования (синхронный детектор – 5). Излучение лазера модулировалось генератором (6). Для того чтобы уменьшить попадание на фотодетектор рассеянного лазерного излучения, с одной стороны, использовалась геометрия возбуждения под 90o к оси собирающей линзы с установкой диафрагмы (7), отрезающей свет, рассеянный на боковых стенках кюветы, с другой стороны, перед фотоприемником устанавливался поглощающий УФ-излучение оптический интерференционный фильтр FEL450 производства фирмы Thorlabs (8) с коэффициентом пропускания на длинах волн 400–410 нм не выше, чем 10-4.
В качестве объектов исследования были модельные смеси воды с различными нефтепродуктами (НП), такими как дизельное топливо и трансмиссионное масло ISO Viscosity Grade 320. Концентрация НП в модельных смесях варьировалась в переделах от 1 до 5000 мг/л [1].
Перед началом работы были измерены спектры ФЛ чистых нефтепродуктов. Приведенные на рис. 2 а спектры ФЛ дизельного топлива и масла содержат широкие полосы с положениями максимум 485 и 530 нм, соответственно. Сдвиг положения полосы ФЛ масла в длинноволновую область спектра отражает различие в составах исследуемых нефтепродуктов. Действительно масло состоит из более высокомолекулярных органических соединений, чем дизельное топливо. При перемешивании НП с водой в пропорции 1:5 дизельное топливо перемешивается полностью с образованием эмульсии, в то же время доля масла, переходящего в эмульсию, не превышает 20 %, остальные 80 % масла выделяются в отдельную фазу. Спектры ФЛ полученных эмульсий дизельного топлива и компонентов масла приведены на рис. 2 б. Спектр эмульсии, образованной дизельным топливом, практически не отличается от спектра чистого дизельного топлива. С другой стороны, спектр эмульсии, образованной компонентами масла, кардинальным образом изменяется. Полоса ФЛ сужается и демонстрирует сильный гипсохромный сдвиг (положение максимума смещается от 530 к 470 нм). Такое поведение говорит о том, что либо в образовании эмульсии принимают участие только самые легкие фракции углеводородов, из которых состоит масло, либо при взаимодействии масла с водой происходит не только смешивание, но и окисление или гидратация углеводородов при их взаимодействии с полярными молекулами воды. Детальное выяснение причин гипсохромного сдвига ФЛ масла при его смешивании с водой выходит за рамки данного исследования.