Ανίχνευση ρυπαντικών ουσιών σε πορώδη γεωϋλικά με τη μέθοδο της διηλεκτρικής φασματοσκοπίας.

Abstract

Στην παρούσα εργασία μελετάται η εφαρμογή της διηλεκτρικής φασματοσκοπίας στην ανίχνευση ρυπαντικών ουσιών σε ένα φυσικό πορώδες υλικό, εξαιτίας της διάχυσης των ρύπων. Για το σκοπό αυτό εκτελέστηκαν μετρήσεις αγωγιμότητας και διηλεκτρικής συνάρτησης στην περιοχή συχνοτήτων 10mHz - 1MHz με τη χρήση ενός φασματοσκόπιου ευρείας ζώνης και υψηλής ανάλυσης σε δείγματα αμμόλιθου, εμβαπτισμένα σε διαλύματα από διασταλλάζοντα υγρά χωματερής, διαφορετικών συγκεντρώσεων. Τα πειραματικά αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι παρόλο που ο ρόλος του νερού είναι σημαντικός στην μετρούμενη αγωγιμότητα, ποσοτικές διαφορές έως και δύο τάξεων μεγέθους παρατηρήθηκαν στα μετρούμενα δείγματα εξαιτίας των διαφορετικών συγκεντρώσεων των διαλυμάτων. Μετρήσεις διηλεκτρικής επιδεκτικότητας σε στεγνά δείγματα, αναδεικνύουν διαφορετικούς μηχανισμούς αποκατάστασης στη χαμηλή περιοχή συχνοτήτων, εξαιτίας των αλληλεπιδράσεων των ρυπαντικών ουσιών με δέσμια μόρια νερού και την επιφάνεια του πορώδους δείγματος. Συμπερασματικά, η χαμηλή περιοχή των συχνοτήτων που διεξήχθησαν οι παρούσες μετρήσεις, μπορεί να χρησιμοποιηθεί προκειμένου να ξεχωρίσουμε δείγματα από το ίδιο πορώδες γεωυλικό, με διαφορετικό ωστόσο ποσοστό μολυσματικών προσμίξεων στο εσωτερικό τους.

The present work investigates whether dielectric spectroscopy can be used to detect contamination, which may appear in a natural porous material, due to the spreading of pollution. For this purpose, dielectric and conductivity measurements in the frequency range of 10mHz to 1MHz were carried out by means of a high-resolution broadband spectrometer in sandstone samples, partially filled or saturated with solutions of leachates, at different concentrations. Experimental results suggest that although the role of water is dominant to the measured electrical conductivity, quantitative differences of two orders of magnitude are observed due to the different concentrations of leachates, in partially filled sandstone samples. Low frequency measurements of dielectric permittivity in dried samples may reveal several relaxation mechanisms related to the interactions of contaminations with water and solid surface. The low frequency range of the dielectric and conductivity spectra may be served to distinguish between different concentrations of contaminations in solid-fluid systems.