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文檔簡介
一氧化碳和二氧化碳濃度測量一氧化碳(化學分子式CO)是一種無色、無味、無嗅、無刺激性的有害氣體。幾乎不溶于水。大氣中一氧化碳主要來源于煉焦、煉鋼、煉油、汽車尾氣及家庭用燃料等的不完全燃燒產物。室內空氣中一氧化碳主要來源于家庭烹飪中燃料的燃燒、吸煙等人為活動,還包括室外受污染空氣進入室內而產生的污染,尤其是居住在交通繁忙道路兩側的居民。二氧化碳(化學分子式CO2)也是一種無色、無味、無嗅、無刺激性的氣體,能溶于水,但溶解度有限。二氧化碳的來源廣泛,主要有含碳物質充分燃燒、生物發(fā)酵和呼吸作用等,在室內主要是燃料燃燒、烹飪、吸煙和人類的呼吸作用等。二氧化碳是評價建筑空氣環(huán)境衛(wèi)生質量的一項重要指標。測定空氣中所含的一氧化碳的方法有不分光紅外吸收法、電導法和氣相色譜法等。測定空氣中所含的二氧化碳的方法有不分光紅外吸收法、氣相色譜法和容量滴定法等。不分光紅外吸收法通過紅外線氣體分析器進行測定,本章節(jié)主要對紅外線氣體分析器進行介紹。1.測定原理物質對光的吸收是物質與輻射能相互作用的一種形式。射入物質的光子能量與物質的基態(tài)和激發(fā)態(tài)能量差相等時才會被吸收。由于吸光物質的分子(離子)只有有限數(shù)量的離子化的能級,物質對光的吸收在波長上具有選擇性。能被某種物質吸收的波長,稱為該物質的特征吸收波長。紅外線氣體分析器利用被測氣體對紅外光的特征吸收來進行定量分析。當被測氣體通過受特征波長光照射的氣室時,被測組分(即一氧化碳或二氧化碳)吸收特征波長的光。吸收光能的多少,與樣品中被測組分濃度有關。透射光強度與入射光強度、對特征波長光輻射的吸收及吸光組分濃度之間的關系遵守比爾定律。 I=I0e-式中I——透射的特征波長紅外光強度,cdI0——入射的特征波長紅外光強度,cdk——被測組分對特征波長的吸收系數(shù),L/(g·cm);l——入射光透過被測樣品的光程,cm;c——樣品中被測組分的濃度,g/L。在紅外線氣體分析器中,紅外輻射光源的入射光強度不變,紅外線透過被測樣品的光程不變,且對于特定的被測組分,吸收系數(shù)也不變,因此透射的特征波長紅外光強度僅是被測組分的函數(shù),故通過測定透射特征波長紅外光的強度即可確定被測組分的濃度。2.儀器的構造紅外線氣體分析器由紅外光源、切光器、氣室、光檢測器及相應的供電、放大、顯示和記錄用的電子線路和部件組成(REF_Ref30900\h圖1)。一氧化碳和二氧化碳紅外線分析器的光源是直徑約0.5mm的鎳鉻絲。鎳鉻絲被加熱到600~1000℃時,光源輻射出的紅外線波長范圍約為2~10μm。紅外線輻射光經反射拋物狀面匯聚成平行光射出,射出的能量相等的兩束平行光,被同步電機帶動的切光片切割成斷續(xù)的交變光,從而獲得交變信號,以減少信號漂移。兩路平行光中,一路通過濾波室、參比氣室(內充不吸收紅外線的氣體,如氮氣),射入接收室。另一束光稱為測量光束,通過濾波室射入測量氣室。由于測量氣室中有氣樣通過,則氣樣中的待測量吸收了部分特征波長的紅外光,使射入接收室的光束強度減弱,待測量含量越高,光強減弱越多。圖1紅外線氣體分析器的基本組成1,2—紅外光源;3—切光片;4,5—濾光鏡(氣室);6—測量室;7—參比氣室;8—使兩光路平衡的遮光板;9—薄膜電容微音器;10—固定金屬片;11—金屬薄膜一氧化碳和二氧化碳紅外線分析器的光檢測器是薄膜電容微音器。它是利用待測組分的變化引起電容量變化來測量待測組分的濃度的。電容的金屬薄膜(動片)將接收室的空腔分成容積相等的兩個接收室,接收室內充滿等濃度的CO氣體。在鋁箔的一側還固定一圓形金屬片(定片),距薄膜0.05~0.08mm,二者組成一個電容器。紅外光束射入接收室后,被其中的CO吸收,使氣體溫度升高,從而導致內部壓力升高,測量光束與參比光束平衡時,兩邊壓力相等,動片薄膜維持在平衡位置。當測量氣室中有待測組分時,通過參比氣室的紅外光輻射保持不變,而通過測量氣室進入接收室的紅外光由于待測組分的吸收而減弱,使這一邊的溫度降低,壓力減小,金屬薄膜偏向固定金屬片一方,從而改變了電容器兩極間的距離,也就改變了電容量。這個電容量的變化就可指示氣樣中待測組分的濃度,見REF_Ref29453\h式(2)。采用電子技術,將電容量變化轉變成電流變化,經放大及信號處理后,進行記錄和顯示。 C=KεFD式中F——電容極板面積;D——薄膜動極與固定電極間距離;K——比例系數(shù);ε——氣體介電常數(shù)。3.儀器的使用方法環(huán)境空氣中非待測組分能影響測定結果。比如,進行二氧化碳濃度測試時,由于在透過紅外線的窗口,安裝了紅外線濾光片,它的波長的4.26μm,二氧化碳對該波長有強烈的吸收;而一氧化碳和甲烷等氣體不吸收。因此,一氧化碳和甲烷的干擾可以忽略不計。但水蒸汽對測定二氧化碳有干擾,它可以使氣室反射率下降,從而使儀器靈敏度降低,影響測定結果的準確性,因此,必須使空氣樣品經干燥后,再進入儀器。公共場所等室內環(huán)境測試中,一般將內裝空氣樣品的塑料鋁箔復合薄膜采氣袋接在裝有變色硅膠或無水氯化鈣的過濾器上再與和紅外線分析器的進氣口相連接。監(jiān)測大氣中一氧化碳或二氧化碳的紅外線分析器的使用應與取樣技術結合起來。取樣系統(tǒng)一般包括雜質過濾、干燥、壓力控制和流量控制等,對于高溫煙氣還需有冷卻裝置(REF_Ref7107\h圖2)。圖2正壓取樣系統(tǒng)1—氣體分析器;2—流量控制器;3—干燥器;4—化學過濾器;5—機械過濾器;6—閥;7—氣水分離器;8—冷卻器;9—煙道氣入口;10—冷凝水出口紅外線分析器投入正常工作以后,每周至少要用標準氣樣校準刻度1次,以保證儀器分析的準確性。所用的標準氣樣可以是標準混合氣制造部門提供的
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