紅外氣體分析測試技術

1、氣體的紅外分析測試技術研究方法與 現(xiàn)代分析測試技術 隨著經(jīng)濟發(fā)展，交通、工業(yè)產(chǎn)生的大量煙氣進入大隨著經(jīng)濟發(fā)展，交通、工業(yè)產(chǎn)生的大量煙氣進入大氣中，使大氣污染日益嚴重。氣中，使大氣污染日益嚴重。煙氣分析測試技術空氣污染越來越受到重視，對有害氣體的分析測量對大氣空氣污染越來越受到重視，對有害氣體的分析測量對大氣污染治理尤其重要。污染治理尤其重要。煙氣分析測試技術 目前比較成熟的目前比較成熟的5 5種氣體成分分析儀所采用的種氣體成分分析儀所采用的測試方法。測試方法。 紫外法與紅外法類似紫外法與紅外法類似, ,也是使用選擇性檢測器測定樣也是使用選擇性檢測器測定樣品氣中特定成分引起的紫外線吸收量的變化來

2、確定品氣中特定成分引起的紫外線吸收量的變化來確定氣體的濃度氣體的濃度紫外法測量精確度不高，同等性能、功能情況下儀器價格紫外法測量精確度不高，同等性能、功能情況下儀器價格比紅外線高比紅外線高。煙氣分析測試技術 化學發(fā)光法測量化學發(fā)光法測量NONO是一種特殊的方法。它通過測量是一種特殊的方法。它通過測量N NO O與臭氧與臭氧(O(O3 3) )反應產(chǎn)生的光的強度來確定反應產(chǎn)生的光的強度來確定NONO濃度。紅濃度。紅外法同樣是測量外法同樣是測量NONO的一種分析方法的一種分析方法, ,如果不考慮測量如果不考慮測量標準標準, ,兩種方法都可以采用。兩種方法都可以采用?；瘜W發(fā)光法不足之處是其發(fā)光在瞬間

3、完成，發(fā)光強度峰化學發(fā)光法不足之處是其發(fā)光在瞬間完成，發(fā)光強度峰值衰減時間短，光背景高，造成檢測結果穩(wěn)定性和重現(xiàn)值衰減時間短，光背景高，造成檢測結果穩(wěn)定性和重現(xiàn)性差，另外，需要發(fā)光時間，目前可以被利用的發(fā)光試性差，另外，需要發(fā)光時間，目前可以被利用的發(fā)光試劑不多，因此該法的推廣應用受到一定程度的限制。劑不多，因此該法的推廣應用受到一定程度的限制。煙氣分析測試技術 由于被分析氣氣體的千差萬別別和分析原理的多種種多樣樣，氣氣體分析儀儀的種類種類繁多。常用的有： 1.熱導熱導式氣氣體分析儀儀 2.電電化學學式氣氣體分析儀儀 3.紅紅外線線吸收式分析儀儀等煙氣分析測試技術n 熱導式氣體分析儀熱導式氣體

4、分析儀 一種物理類的氣體分析儀表。它根據(jù)不同氣體具一種物理類的氣體分析儀表。它根據(jù)不同氣體具有不同熱傳導能力的原理，通過測定混合氣體導熱系有不同熱傳導能力的原理，通過測定混合氣體導熱系數(shù)來推算其中某些組分的含量。這種分析儀表簡單可數(shù)來推算其中某些組分的含量。這種分析儀表簡單可靠靠, ,適用的氣體種類較多適用的氣體種類較多, ,是一種基本的分析儀表。但是一種基本的分析儀表。但直接測量氣體的導熱系數(shù)比較困難，所以實際上常把直接測量氣體的導熱系數(shù)比較困難，所以實際上常把氣體導熱系數(shù)的變化轉換為電阻的變化，再用電橋來氣體導熱系數(shù)的變化轉換為電阻的變化，再用電橋來測定。測定。JRD-1010型熱導式氫分

5、析器煙氣分析測試技術 優(yōu)點：熱導式分析儀器是一種結構簡單、性能穩(wěn)定、價廉、優(yōu)點：熱導式分析儀器是一種結構簡單、性能穩(wěn)定、價廉、技術上較為成熟。適用的氣體種類較多，是一種基本的分析技術上較為成熟。適用的氣體種類較多，是一種基本的分析儀表儀表 缺點：熱導式分析儀器對氣體的壓力波動、流量波動十分缺點：熱導式分析儀器對氣體的壓力波動、流量波動十分敏感，介質中水汽、顆粒等雜質對測量影響較大，所以必須敏感，介質中水汽、顆粒等雜質對測量影響較大，所以必須安裝復雜的采樣預處理系統(tǒng)。安裝復雜的采樣預處理系統(tǒng)。煙氣分析測試技術n 電化學式氣體分析儀電化學式氣體分析儀 一種化學類的氣體分析儀表。它根據(jù)化學反應所一種

6、化學類的氣體分析儀表。它根據(jù)化學反應所引起的離子量的變化或電流變化來測量氣體成分。引起的離子量的變化或電流變化來測量氣體成分。 優(yōu)點：體積小、檢測速度快、準確、便攜、可現(xiàn)優(yōu)點：體積小、檢測速度快、準確、便攜、可現(xiàn)場直接檢測和連續(xù)檢測。場直接檢測和連續(xù)檢測。 缺點：電化學式氣體分析儀中使用成本較大，在缺點：電化學式氣體分析儀中使用成本較大，在實際使用中還會普遍存在取樣流量、氣體交叉干擾實際使用中還會普遍存在取樣流量、氣體交叉干擾（電化學傳感器通過設置不同的電極電位，使得傳（電化學傳感器通過設置不同的電極電位，使得傳感器對應某一特定氣體敏感，從而達到測定的目的，感器對應某一特定氣體敏感，從而達到測

7、定的目的，但對于電極電位相似的氣體，會產(chǎn)生交叉干擾）以但對于電極電位相似的氣體，會產(chǎn)生交叉干擾）以及預前處理等方面的問題。及預前處理等方面的問題。煙氣分析測試技術YX-301B型電化學氣體分析儀選擇電化學原理的氣體分析儀選擇電化學原理的氣體分析儀, ,應應該注意該注意: :(1)(1)無論哪一種型號的分析儀無論哪一種型號的分析儀, ,都不都不能直接測量能直接測量COCO2 2,CO,CO2 2是通過計算獲得是通過計算獲得, ,而計算的基礎是對燃料種類的選擇。而計算的基礎是對燃料種類的選擇。對于煤來講對于煤來講, ,特性是千差萬別的特性是千差萬別的, ,但是但是, ,分析儀中一般只存儲一到兩類煤

8、的特分析儀中一般只存儲一到兩類煤的特性系數(shù)性系數(shù), ,因此因此, ,計算結果會有一定偏差計算結果會有一定偏差, ,有些情況下有些情況下, ,偏差會很大。偏差會很大。(2)(2)分析儀中的測量元件是消耗性分析儀中的測量元件是消耗性部件部件, ,使用一段時間以后使用一段時間以后, ,這些測量元這些測量元件就需要更換。因此件就需要更換。因此, ,在選擇分析儀在選擇分析儀時應高度注意供貨商的售后服務能力。時應高度注意供貨商的售后服務能力。(3)(3)千萬要注意千萬要注意, ,這類分析儀不適宜這類分析儀不適宜用作長時間的連續(xù)測量。用作長時間的連續(xù)測量。煙氣分析測試技術n 紅外線分析儀紅外線分析儀 紅外線

9、吸收式分析紅外線吸收式分析根據(jù)不同組組分氣氣體對對不同波長長的紅紅外線線具有選擇選擇性吸收的特性而工作的分析儀儀表。測測量這種這種吸收光譜譜可判別別出氣氣體的種類種類；測測量吸收強度可確定被測氣測氣體的濃濃度。紅紅外線線分析儀儀的使用范圍圍寬寬，且靈靈敏度較較高，反應應迅速,能在線連續(xù)線連續(xù)指示,也可組組成調節(jié)調節(jié)系統(tǒng)統(tǒng)。煙氣分析測試技術YX-3052型紅外氣體分析儀煙氣分析測試技術n 煙氣預處理煙氣預處理 在進行煙氣成分分析時在進行煙氣成分分析時, ,無論對哪一種分析儀來講無論對哪一種分析儀來講, ,對煙氣對煙氣進行必要的處理是至關重要的。進行必要的處理是至關重要的。 煙氣預處理是指除去煙氣

10、中的粉塵、煙臭和水分等煙氣預處理是指除去煙氣中的粉塵、煙臭和水分等, ,使煙使煙氣達到氣達到“清潔清潔”和干燥的要求。和干燥的要求。 實踐中實踐中, ,這一重要的步驟往往被輕視這一重要的步驟往往被輕視, ,甚至被忽略甚至被忽略, ,因此在因此在分析中出現(xiàn)許多問題分析中出現(xiàn)許多問題, ,如如: :儀器使用壽命短、測量精度下降、儀器使用壽命短、測量精度下降、測量穩(wěn)定性差等等測量穩(wěn)定性差等等, ,這些問題都與沒有使用合適的預處理設備這些問題都與沒有使用合適的預處理設備有關。有關。 煙氣的除濕干燥相對比較復雜一些煙氣的除濕干燥相對比較復雜一些, ,必須裝備特殊的冷凝必須裝備特殊的冷凝裝置。煙氣中的水分

11、對氣體分析的準確性有較大影響裝置。煙氣中的水分對氣體分析的準確性有較大影響, ,主要表主要表現(xiàn)在水蒸汽的交叉干擾現(xiàn)在水蒸汽的交叉干擾(cross-sensitivity)(cross-sensitivity)以及容積誤差。以及容積誤差。對于紅外型分析儀來講這種干擾更應該引起重視。對于紅外型分析儀來講這種干擾更應該引起重視。紅外光譜技術 檢測煙氣的方法主要有化學法、電化學法、氣相檢測煙氣的方法主要有化學法、電化學法、氣相色譜法等，這些方法普遍存在著價格貴、普適性差色譜法等，這些方法普遍存在著價格貴、普適性差等問題，且測量精度還較低。經(jīng)典的煙氣成分分析等問題，且測量精度還較低。經(jīng)典的煙氣成分分析方

12、法都有一定的局限性。用紅外吸收法測定煙氣中方法都有一定的局限性。用紅外吸收法測定煙氣中成分濃度的方法就彌補了這些缺點，紅外吸收法測成分濃度的方法就彌補了這些缺點，紅外吸收法測定氣體濃度具有測量范圍寬、靈敏度高、準確性高、定氣體濃度具有測量范圍寬、靈敏度高、準確性高、響應時間快、選擇性好、抗干擾能力強等特點。響應時間快、選擇性好、抗干擾能力強等特點。 紅外技術是光電結合的一種新技術紅外技術是光電結合的一種新技術, ,它和激光、它和激光、微光組成了微光組成了“電光學電光學”這門現(xiàn)代的、迅速發(fā)展的新型這門現(xiàn)代的、迅速發(fā)展的新型學科。紅外線和無線電波、微波、可見光中的紫外線、學科。紅外線和無線電波、微

13、波、可見光中的紫外線、X X射線、射線、Y Y射線及宇宙射線這些表面上極不相同的東西射線及宇宙射線這些表面上極不相同的東西, ,本質上卻是完全相同的本質上卻是完全相同的, ,即它們都是電磁輻射即它們都是電磁輻射, ,只不過只不過其波長各不相同而已。其波長各不相同而已。 在物理學中，我們已經(jīng)知道可見光、不可見光、紅外光及無線在物理學中，我們已經(jīng)知道可見光、不可見光、紅外光及無線電等都是電磁波，它們之間的差別只是波長電等都是電磁波，它們之間的差別只是波長( (或頻率或頻率) )的不同而的不同而已。下面是將各種不同的電磁波按照波長已。下面是將各種不同的電磁波按照波長( (或頻率或頻率) )排成如下圖

14、排成如下圖所示的波譜圖，稱之為電磁波譜。所示的波譜圖，稱之為電磁波譜。電磁波波譜電磁波波譜圖圖紅外線屬于不可見光波的范疇，它的波長一般在紅外線屬于不可見光波的范疇，它的波長一般在0.760.76750m750m之之間。而紅外區(qū)通常又可分為近紅外間。而紅外區(qū)通常又可分為近紅外(0.76(0.761.5m)1.5m)、中紅外、中紅外(1.(1.5 5l5m)l5m)和遠紅外和遠紅外(15m(15m以上以上) )。紅外光譜技術紅外光譜技術n工作原理工作原理 紅外光譜法的工作原理是由于分子振動能級不同，化紅外光譜法的工作原理是由于分子振動能級不同，化學鍵具有不同的頻率。共振頻率或者振動頻率取決于分子學

15、鍵具有不同的頻率。共振頻率或者振動頻率取決于分子等勢面的形狀、原子質量、和最終的相關振動耦合。等勢面的形狀、原子質量、和最終的相關振動耦合。 簡單的雙原子分子只有一種鍵，那就是伸縮。更復雜簡單的雙原子分子只有一種鍵，那就是伸縮。更復雜的分子可能會有許多鍵，并且振動可能會共軛出現(xiàn)，導致的分子可能會有許多鍵，并且振動可能會共軛出現(xiàn)，導致某種特征頻率的紅外吸收可以和化學組聯(lián)系起來某種特征頻率的紅外吸收可以和化學組聯(lián)系起來 紅外光譜又稱分子振動轉動光譜。當樣品收到頻率連紅外光譜又稱分子振動轉動光譜。當樣品收到頻率連續(xù)變化的紅外光照射時，分子吸收了某些頻率的輻射，產(chǎn)續(xù)變化的紅外光照射時，分子吸收了某些頻

16、率的輻射，產(chǎn)生分子振動和轉動能級從基態(tài)到激發(fā)態(tài)的躍遷，使相應于生分子振動和轉動能級從基態(tài)到激發(fā)態(tài)的躍遷，使相應于這些吸收區(qū)域的透射光或反射光強度減弱。記錄紅外光的這些吸收區(qū)域的透射光或反射光強度減弱。記錄紅外光的百分透射或反射比與波數(shù)或波長關系的曲線，就得到紅外百分透射或反射比與波數(shù)或波長關系的曲線，就得到紅外光譜，紅外光譜法不僅能夠進行定性和定量分析，并且從光譜，紅外光譜法不僅能夠進行定性和定量分析，并且從分子的特征吸收可以鑒定化合物和分子結構分子的特征吸收可以鑒定化合物和分子結構 紅外吸收法是基于氣體的吸收光譜隨物質的不紅外吸收法是基于氣體的吸收光譜隨物質的不同而存在差異的機理進行檢測的。

17、由于各種物質的同而存在差異的機理進行檢測的。由于各種物質的分子本身都固有一個特定的振動和轉動頻率，只有分子本身都固有一個特定的振動和轉動頻率，只有在紅外光譜的頻率與分子本身的特定頻率相一致時，在紅外光譜的頻率與分子本身的特定頻率相一致時，這種分子才能吸收紅外光譜輻射能。所以各種氣體這種分子才能吸收紅外光譜輻射能。所以各種氣體并不是對紅外光譜范圍內(nèi)所有波長的輻射能都具有并不是對紅外光譜范圍內(nèi)所有波長的輻射能都具有吸收能力，而是有選擇性的，即不同的分子混合物吸收能力，而是有選擇性的，即不同的分子混合物只能吸收某一波長范圍或某幾個波長范圍的紅外輻只能吸收某一波長范圍或某幾個波長范圍的紅外輻射能。射能

18、。紅外光譜技術紅外光譜技術 氣體的特征吸收頻率是由氣體分子種類決定的。紅外線氣體的特征吸收頻率是由氣體分子種類決定的。紅外線氣體分析儀是根據(jù)比爾定律制成的。氣體分析儀是根據(jù)比爾定律制成的。 假定被測氣體為一假定被測氣體為一個無限薄的平面，當紅外輻射通過被測氣體時，其分子個無限薄的平面，當紅外輻射通過被測氣體時，其分子吸收光能量，吸收能量的多少與氣體的濃度有關，其吸吸收光能量，吸收能量的多少與氣體的濃度有關，其吸收關系遵循朗伯一貝爾收關系遵循朗伯一貝爾(LamberBeer)(LamberBeer)定律：定律： I=II=I0 0exp-KLC exp-KLC （1 1） 其中：，其中：，I I

19、0 0為光源發(fā)出的初始光強，為為光源發(fā)出的初始光強，為I I經(jīng)過經(jīng)過L L距離傳距離傳輸后的光強，輸后的光強，K K為氣體的吸系數(shù)，為氣體的吸系數(shù)，C C為氣體的濃度。由式為氣體的濃度。由式(1)(1)可得：可得： C= （2 2）紅外光譜技術K/lnI0LI 如果樣品的紅外活躍鍵少、純度高，得到的光如果樣品的紅外活躍鍵少、純度高，得到的光譜會相當清晰，效果好。更加復雜的分子結構會導譜會相當清晰，效果好。更加復雜的分子結構會導致更多的鍵吸收，從而得到復雜的光譜。但是，這致更多的鍵吸收，從而得到復雜的光譜。但是，這項技術還是用在了非常復雜的混合物的定性研究當項技術還是用在了非常復雜的混合物的定性

20、研究當中。中。紅外光譜技術紅外光譜測量的優(yōu)點和缺點：紅外光譜測量的優(yōu)點和缺點： 優(yōu)點：（優(yōu)點：（1 1）測量范圍寬：可分析氣體上限達）測量范圍寬：可分析氣體上限達100%100%，下，下限達幾個限達幾個ppmppm（百萬分之一）的濃度。進行精細化處（百萬分之一）的濃度。進行精細化處理后，還可以進行痕量理后，還可以進行痕量(ppb)(ppb)分析（物質中含量在百分析（物質中含量在百萬分之一以下組合的分析方法）；萬分之一以下組合的分析方法）； （2 2）靈敏度高：具有很高的監(jiān)測靈敏度，氣體）靈敏度高：具有很高的監(jiān)測靈敏度，氣體濃度有微小變化都能分辨出來；濃度有微小變化都能分辨出來； （3 3）測量

21、精度高：與其他分析手段相比，它的）測量精度高：與其他分析手段相比，它的精度較高且穩(wěn)定性好，反應速度快，響應時間一般精度較高且穩(wěn)定性好，反應速度快，響應時間一般在在10s10s以內(nèi)。以內(nèi)。缺點：不能分析對稱結構無極性雙原子分子（如缺點：不能分析對稱結構無極性雙原子分子（如 N N2 2、O O2 2、H H2 2 ）及單原子分子氣體（）及單原子分子氣體（HeHe、NeNe、ArAr），或者需），或者需要和其他檢測器使用。要和其他檢測器使用。紅外光譜技術n 紅外光譜研究方法紅外光譜研究方法 研究紅外光譜的方法主要是吸收光譜法。使用的研究紅外光譜的方法主要是吸收光譜法。使用的光譜有兩種類型。一種是單

22、通道或多通道測量的棱光譜有兩種類型。一種是單通道或多通道測量的棱鏡或光柵色散型光譜儀，另一種是利用雙光束干涉鏡或光柵色散型光譜儀，另一種是利用雙光束干涉原理并進行干涉圖的傅里葉變換數(shù)學處理的非色散原理并進行干涉圖的傅里葉變換數(shù)學處理的非色散型的傅里葉變換紅外光譜儀。型的傅里葉變換紅外光譜儀。 棱鏡式色散型（第一代）：對溫度、濕度敏感，棱鏡式色散型（第一代）：對溫度、濕度敏感，對環(huán)境要求苛刻；對環(huán)境要求苛刻； 光柵型色散式（第二代）：儀器分辨率、測量波光柵型色散式（第二代）：儀器分辨率、測量波段提高；段提高； 干涉型干涉型傅立葉變換紅外光譜儀（第三代）：測傅立葉變換紅外光譜儀（第三代）：測量光譜

23、范圍寬、測量精度高，具有極高的分辨率以量光譜范圍寬、測量精度高，具有極高的分辨率以及極快的測量速度。及極快的測量速度。紅外光譜技術n 付利葉紅外變換光譜法的發(fā)展情況付利葉紅外變換光譜法的發(fā)展情況 1993 1993年年, ,芬蘭的芬蘭的VTTVTT建筑研究院對煙氣濃度測試建筑研究院對煙氣濃度測試FTIRFTIR連續(xù)分連續(xù)分析方法進行了初步研究。析方法進行了初步研究。 從從19971997年開始年開始, ,歐洲歐洲1010個科研機構聯(lián)合提出了用付利葉紅個科研機構聯(lián)合提出了用付利葉紅外光譜法分析煙氣的研究計劃外光譜法分析煙氣的研究計劃, ,該計劃取名為該計劃取名為SAFIR(Smoke Gas S

24、AFIR(Smoke Gas Analysis by Fourier Transform Infrared Spectroscopy)Analysis by Fourier Transform Infrared Spectroscopy)計劃。這個計劃的目的是建立一種可靠的計劃。這個計劃的目的是建立一種可靠的FTIRFTIR氣體成分分析系氣體成分分析系統(tǒng)。統(tǒng)。 研究得到的結論是研究得到的結論是:FTIR:FTIR光譜儀是一種可以對煙氣進行多光譜儀是一種可以對煙氣進行多組分連續(xù)在線監(jiān)測的儀器。組分連續(xù)在線監(jiān)測的儀器。傅里葉紅外變換光譜儀 付利葉紅外光譜法付利葉紅外光譜法(FTIR)(FTIR)作

25、為一種新的在線分析方法能作為一種新的在線分析方法能彌補其他煙氣成分分析方法的缺陷彌補其他煙氣成分分析方法的缺陷, ,是煙氣成分分析的一是煙氣成分分析的一種新技術。種新技術。 付利葉紅外變換光譜法的原理是付利葉紅外變換光譜法的原理是: :將光束穿過氣體樣將光束穿過氣體樣品后品后, ,利用氣體分子吸收特定波長紅外線之特性，比對紅利用氣體分子吸收特定波長紅外線之特性，比對紅外線吸收圖譜與標準圖譜，即可判斷氣體之種類。而物外線吸收圖譜與標準圖譜，即可判斷氣體之種類。而物種濃度則遵循比爾種濃度則遵循比爾- -朗伯定律，利用氣體分子吸收強度與朗伯定律，利用氣體分子吸收強度與濃度成正比的關系，計算光譜的吸收

26、強度即可得知。濃度成正比的關系，計算光譜的吸收強度即可得知。傅里葉紅外變換光譜法傅里葉紅外變換光譜儀傅里葉紅外變換光譜儀傅里葉紅外變換光譜儀 特定的氣體分子吸收了特定波長的光后會引起特定特定的氣體分子吸收了特定波長的光后會引起特定頻率的共振頻率的共振, ,不同的分子吸收不同波長下的能量后都會在不同的分子吸收不同波長下的能量后都會在光譜圖上留下特殊的峰形。不同分子對能量的吸收可能光譜圖上留下特殊的峰形。不同分子對能量的吸收可能會在某些波長中產(chǎn)生重疊。但是一般來說每個分子都會會在某些波長中產(chǎn)生重疊。但是一般來說每個分子都會有自己獨特的吸收峰。檢測每個波長的吸收情況就可以有自己獨特的吸收峰。檢測每個

27、波長的吸收情況就可以對成分進行定性定量分析。對成分進行定性定量分析。 氣體的濃度是根據(jù)分子吸收能量的大小來判斷的。氣體的濃度是根據(jù)分子吸收能量的大小來判斷的。因為吸收能量的大小與氣體的濃度呈函數(shù)關系因為吸收能量的大小與氣體的濃度呈函數(shù)關系, ,精確的定精確的定量分析就是根據(jù)已知濃度氣體成分的吸收能量標準曲線量分析就是根據(jù)已知濃度氣體成分的吸收能量標準曲線與未知濃度組分對照得出的。與未知濃度組分對照得出的。傅里葉紅外變換光譜儀 使用使用FTIRFTIR時必須先根據(jù)每種氣體不同的紅外光譜標準譜圖時必須先根據(jù)每種氣體不同的紅外光譜標準譜圖建立可靠的校正和預測方法。儀器使用的最大問題就是需要找建立可靠

28、的校正和預測方法。儀器使用的最大問題就是需要找到具有代表性的樣品標準譜。到具有代表性的樣品標準譜。FTIRFTIR是煙氣成分分析中的一種有是煙氣成分分析中的一種有效方法，為了使效方法，為了使FTIRFTIR的應用更容易推廣的應用更容易推廣, ,需要制定一個標準來規(guī)需要制定一個標準來規(guī)范范FTIRFTIR分析方法。分析方法。 國際標準協(xié)會國際標準協(xié)會(ISO)(ISO)開始制定煙氣成分分析的開始制定煙氣成分分析的FITRFITR方法標準方法標準, ,這個標準的題目是這個標準的題目是: :試驗試驗累積煙氣測試中使用付利葉紅外變累積煙氣測試中使用付利葉紅外變換光譜測試煙氣成分的方法換光譜測試煙氣成分

29、的方法(ISO/DIS 21489)(ISO/DIS 21489)。這個方法推薦了。這個方法推薦了FTIRFTIR煙氣成分分析的采樣系統(tǒng)、過濾器、檢測器溫度壓力、泵、煙氣成分分析的采樣系統(tǒng)、過濾器、檢測器溫度壓力、泵、氣體定量分析系統(tǒng)、校正方法等的參數(shù)及試驗報告的寫法氣體定量分析系統(tǒng)、校正方法等的參數(shù)及試驗報告的寫法, ,為為FTFTIRIR在氣體成分分析中的推廣提供了依據(jù)。在氣體成分分析中的推廣提供了依據(jù)。傅里葉紅外變換光譜儀 付利葉紅外變換光譜被如此廣泛的使用于煙氣成分分析中是付利葉紅外變換光譜被如此廣泛的使用于煙氣成分分析中是由于這種方法與其它煙氣成分分析經(jīng)典方法相比由于這種方法與其它煙

30、氣成分分析經(jīng)典方法相比, ,有不可取代的有不可取代的優(yōu)點。優(yōu)點。 (1) (1)付利葉紅外變換光譜法能在不破壞樣品組成的情況下同付利葉紅外變換光譜法能在不破壞樣品組成的情況下同時分析多種組分，擴充所能檢測的氣體成分的方法也較為簡單。時分析多種組分，擴充所能檢測的氣體成分的方法也較為簡單。經(jīng)典的方法如離子色譜法、離子選擇性電極法、分光光度法都經(jīng)典的方法如離子色譜法、離子選擇性電極法、分光光度法都需要將煙氣樣品用吸收液吸收后再進行分析需要將煙氣樣品用吸收液吸收后再進行分析, ,樣品中的分子也被樣品中的分子也被轉換為了離子狀態(tài)。轉換為了離子狀態(tài)。 (2) (2)付利葉紅外變換光譜法能對煙氣的成分進行

31、實時監(jiān)測。付利葉紅外變換光譜法能對煙氣的成分進行實時監(jiān)測。其它的經(jīng)典方法大多只能采取間歇取樣分析其它的經(jīng)典方法大多只能采取間歇取樣分析, ,無法對整個燃燒過無法對整個燃燒過程的毒性煙氣成分進行實時分析。程的毒性煙氣成分進行實時分析。 (3) (3)可進行大范圍量測，量測光譜可儲存于電腦，以進行重可進行大范圍量測，量測光譜可儲存于電腦，以進行重復分析。復分析。 FTIRFTIR與其他經(jīng)典方法相比具有靈敏、快捷、準確、測定范圍廣、與其他經(jīng)典方法相比具有靈敏、快捷、準確、測定范圍廣、能實現(xiàn)多組分同時在線分析的優(yōu)點。能實現(xiàn)多組分同時在線分析的優(yōu)點。傅里葉紅外變換光譜儀NDIR（非分光紅外）氣體分析儀

32、特定波長的獲得特定波長的獲得但是由于棱鏡分光必須采用機械轉動的方法，因此并不合用于但是由于棱鏡分光必須采用機械轉動的方法，因此并不合用于便攜式儀器和現(xiàn)場類儀器，在這種情況下，濾光片分光就成了便攜式儀器和現(xiàn)場類儀器，在這種情況下，濾光片分光就成了這類紅外氣體檢測儀器的首選。由于濾光片不能像棱鏡分光那這類紅外氣體檢測儀器的首選。由于濾光片不能像棱鏡分光那樣仔細地將波長分成單波長，因此又稱為非色散紅外方法，就樣仔細地將波長分成單波長，因此又稱為非色散紅外方法，就是是NDIRNDIR（非分光紅外）非分光紅外）。 NDIR NDIR氣體分析儀作為一種快速、準確的氣體分析技術，氣體分析儀作為一種快速、準確

33、的氣體分析技術，特別連續(xù)污染物監(jiān)測系統(tǒng)（特別連續(xù)污染物監(jiān)測系統(tǒng)（CEMSCEMS）以及機動車尾氣檢測應）以及機動車尾氣檢測應用中十分普遍。國內(nèi)用中十分普遍。國內(nèi)NDIRNDIR氣體分析儀的主要廠家大都采用氣體分析儀的主要廠家大都采用國際上八十年代初的紅外氣體分析方法，如采用鎳锘絲作國際上八十年代初的紅外氣體分析方法，如采用鎳锘絲作為紅外光源、采用電機機械調制紅外光、采用薄膜電容微為紅外光源、采用電機機械調制紅外光、采用薄膜電容微音器或音器或InSbInSb等作為傳感器等。由于采用電機機械調制，儀等作為傳感器等。由于采用電機機械調制，儀器功耗大，且穩(wěn)定性差，儀器造價也很高。同時采用薄膜器功耗大，

34、且穩(wěn)定性差，儀器造價也很高。同時采用薄膜電容微音器作為傳感使得儀器對震動十分敏感，因此不適電容微音器作為傳感使得儀器對震動十分敏感，因此不適合便攜測量。合便攜測量。 隨著紅外光源、傳感器及電子技術的發(fā)展，隨著紅外光源、傳感器及電子技術的發(fā)展，NDIRNDIR紅外紅外氣體傳感器在國外得到了迅速的發(fā)展。主要表現(xiàn)在無機械氣體傳感器在國外得到了迅速的發(fā)展。主要表現(xiàn)在無機械調制裝置，采用新型紅外傳感器及電調制光源，在儀器電調制裝置，采用新型紅外傳感器及電調制光源，在儀器電路上采用了低功耗嵌入式系統(tǒng)，使得儀器在體積、功耗、路上采用了低功耗嵌入式系統(tǒng)，使得儀器在體積、功耗、性能、價格上具有以往儀器無法比擬的

35、優(yōu)勢。性能、價格上具有以往儀器無法比擬的優(yōu)勢。NDIR（非分光紅外）氣體分析儀 NDIRNDIR型氣體傳感器一般有兩種設計：型氣體傳感器一般有兩種設計： 1 1、雙光源，、雙光源，NDIRNDIR濾光片覆蓋在光源上，使用高增益（高價位）濾光片覆蓋在光源上，使用高增益（高價位）的單通道紅外接收器。的單通道紅外接收器。 雙光源的紅外傳感器的特點：外圍電路的信號容易提取，一雙光源的紅外傳感器的特點：外圍電路的信號容易提取，一般的電子元器件和設計都能實現(xiàn)光電信號的轉換，但其缺點是顯般的電子元器件和設計都能實現(xiàn)光電信號的轉換，但其缺點是顯而易見的：而易見的： 、雙光源對電的消耗大。、雙光源對電的消耗大。

36、 、光源與光源之間的距離大造成信號補償?shù)牟粶蚀_性。、光源與光源之間的距離大造成信號補償?shù)牟粶蚀_性。 、光源面積不規(guī)則，、光源面積不規(guī)則，NDIRNDIR濾光片不能完全覆蓋。濾光片不能完全覆蓋。 、要求大尺寸的、要求大尺寸的NDIRNDIR濾光片。濾光片。 NDIR（非分光紅外）氣體分析儀2 2、廣譜型單光源，雙通道，低增益型紅外接收器，、廣譜型單光源，雙通道，低增益型紅外接收器，NDIRNDIR雙濾光片集成在紅外接收器內(nèi)形成一個整體器件。雙濾光片集成在紅外接收器內(nèi)形成一個整體器件。 單光源紅外傳感器的特點：單光源紅外傳感器的特點： 、單光源耗電量低。、單光源耗電量低。 、雙通道的集成結構使性能

37、穩(wěn)定度非常高。、雙通道的集成結構使性能穩(wěn)定度非常高。 、紅外集成型接收器很容易實現(xiàn)溫度、濕度和光譜、紅外集成型接收器很容易實現(xiàn)溫度、濕度和光譜的補償匹配。的補償匹配。 、使用小于、使用小于1mm1mm的的NDIRNDIR濾光片和低增益型接收器，濾光片和低增益型接收器，外圍電路設計要求較高外圍電路設計要求較高NDIR（非分光紅外）氣體分析儀 NDIR NDIR原理：應用濾光片把紅外線分成需要的一個很小原理：應用濾光片把紅外線分成需要的一個很小波段的光線，被檢測的氣體是對這個很小波段的光譜的吸波段的光線，被檢測的氣體是對這個很小波段的光譜的吸收。這樣傳感器一般包括：一個紅外發(fā)射光源、光通路收。這樣

38、傳感器一般包括：一個紅外發(fā)射光源、光通路（吸收區(qū)）、濾光片分光片、接收轉換器。（吸收區(qū)）、濾光片分光片、接收轉換器。 紅外線通過兩個氣室，一個是充以不斷流過的被測氣紅外線通過兩個氣室，一個是充以不斷流過的被測氣體的測量室，另一個是充以無吸收性質的背景氣體的參比體的測量室，另一個是充以無吸收性質的背景氣體的參比室。工作時，當測量室內(nèi)被測氣體濃度變化時，吸收的紅室。工作時，當測量室內(nèi)被測氣體濃度變化時，吸收的紅外線光量發(fā)生相應的變化，而基準光束外線光量發(fā)生相應的變化，而基準光束( (參比室光束參比室光束) )的光的光量不發(fā)生變化。從二室出來的光量差通過檢測器，使檢測量不發(fā)生變化。從二室出來的光量差

39、通過檢測器，使檢測器產(chǎn)生壓力差，并變成電容檢測器的電信號。此信號經(jīng)信器產(chǎn)生壓力差，并變成電容檢測器的電信號。此信號經(jīng)信號調節(jié)電路放大處理后，送往顯示器以及總控的號調節(jié)電路放大處理后，送往顯示器以及總控的CRTCRT顯示。顯示。該輸出信號的大小與被測組分濃度成比例。該輸出信號的大小與被測組分濃度成比例。NDIR（非分光紅外）氣體分析儀NDIR（非分光紅外）氣體分析儀 雙光路測量原理NDIR（非分光紅外）氣體分析儀 NDIRNDIR非色散單光源紅外傳感器示意圖非色散單光源紅外傳感器示意圖 ： 11廣譜型光源廣譜型光源 2 2雙通道紅外接收器雙通道紅外接收器 3 3傳感器殼體傳感器殼體 4 4外圍電

40、路外圍電路對紅外接收器的微弱的光電信號放大、對紅外接收器的微弱的光電信號放大、數(shù)字化，形成穩(wěn)定高精度的數(shù)字量，顯示在儀器上。數(shù)字化，形成穩(wěn)定高精度的數(shù)字量，顯示在儀器上。 5 5NDIRNDIR光學濾光器：使整個紅外傳感器能夠分別檢測到光學濾光器：使整個紅外傳感器能夠分別檢測到可選擇的特定氣體氣體的類型是有可選擇的特定氣體氣體的類型是有NDIRNDIR濾光片的性質決定。氣體濾光片的性質決定。氣體的濃度是由紅外接收器信號的大小決定的濃度是由紅外接收器信號的大小決定。NDIR（非分光紅外）氣體分析儀 紅外傳感器工作原理示意圖紅外傳感器工作原理示意圖紅外氣體傳感器紅外氣體傳感器紅外氣體傳感器紅外氣體傳感器紅外氣體傳感器紅外氣體傳感器紅外氣體傳感器紅外氣體傳感器 紅外技術之所以成為一種快速、高效、適合過程在紅外技術之所以成為一種快速、高效、適合過程在線分析的有利工具，是由其技術特點決定的。線分析的有利工具，是由其技術特點決定的。 紅