红外线气体分析

1、5.4 红外线气体分析仪5.4.1 测量原理测量原理5.4.2 红外线气体分析仪结构5.4.3 红外线分析仪的应用5.4.1 测量原理 根据红外理论，许多化合物分子在红外波段都具有一定的吸收带，吸收带的强弱及所在的波长的范围右分子本身的结构决定。只有当物质分子本身固有的特定的震动和转动频率与红外光谱中某一段波段的频率相一致时，分子才能吸收这一波段的红外辐射能，将吸收到的红外辐射能转变成分子震动动能和转动动能，使分子从较低的能级跃迁到较高的能级。实际上，每一种化合物的分子并不是对红外光谱内所有波长的辐射或是任意的一种波长的辐射都具有吸收能力，而是有选择性的吸收某一个或某一组特定波段内的辐射。这个

2、所谓的波段就是分子的特征吸收带。气体分子的特征吸收带主要分布在125微米波长范围内的红外区。特征吸收带对某一种分子是确定的，标准的，如同“物质指纹”。通过对特征吸收带及其吸收光谱的分析，可以鉴定识别分子的类型。根据上述原理制成的“红外分光光度计”是对混合物进行定性分析、鉴定其中含有哪一种物质组分的理想仪器，而且还可以进行定量分析，确定各种组分在混合物中的百分含量。朗伯特-比耳定律 光的吸收定律 单色平行光通过均匀介质时能量被介质吸收的规律 式中：I 透射红外辐射的强度 I0入射红外辐射的强度 K是待测组分对波的红外辐射的吸收系数 C待测组分的摩尔百分浓度 I红外辐射穿透过的待测组分的长度 kc

3、leII0由上式可知，当红外辐射穿过待测组分的长度L和入射红外辐射的强度I0一定时，由于K对某一种特定的待测组分是常数，故透过的辐射强度I仅仅是待测组分摩尔百分浓度C的单值函数。光强度为I0 的单色平行光通过均匀介质后，剩余光强度的大小随着介质浓度c和光程l按指数规律衰减。吸收系数k的大小取决于介质的特性，不同介质有不同的k值，而一种介质的k值又会随着光的波长值而变化。因此，对于不同的介质或不同波长的光，吸收的光强也是不同的。 贝尔定律关系曲线 I 0 C 贝尔定律确定的IC关系曲线红外线气体分析仪的工作原理用人工的方法制造一个包括被测气体特征吸收峰波长在内的连续光谱辐射源，让这个光谱通过固定

4、长度的含有被测气体的混合组分，在混合组分的气体层中，被测气体的浓度不同，吸收固定波长红外线的能量也不相同，继而转换成的热量也不同。在一个特制的红外检测器中，再将热量转换成温度或压力，测量这个温度和压力，就可以准确地测量被分析气体的浓度。 5.4.2 红外线气体分析仪结构工业红外线气体分析仪主要用于测量混合气体中某种组分的浓度，它的种类很多。从物理特性上可分：分光式及非分光式；从测量方法上可分：直读式和补偿式；从光学结构上可分：单光束及双光束。非分光直读式双光束红外线分析仪优点：灵敏度高、响应速度快、结构简单，并且可以测量微量和常量等，在生产中广泛应用。 双光束直读式红外线气体分析仪 1. 双光

5、束直读式红外线气体分析仪测量过程 2双光束直读式红外线气体分析仪基本部件结构 （1）光源和调制器 （2）气室和滤光器 （3）检测器 3. 具有双层检测气室和光耦合器红外线气体分析仪测量原理 1.气体分析仪测量过程 2分析仪基本部件结构 （1）光源和调制器 （2）气室和滤光器 （3）检测器 （1）光源和调制器光源的任务：产生具有一定调制频率（212HZ）、两束能量相等且稳定的平行红外光束 1-反光镜；反光镜；2-光源；光源；3-切光片；切光片；4-同步电机同步电机 （2）气室和滤光器 气室包括测量气室、参比气室和滤光气室。结构圆筒形，除测量气室有气样进出口之外，参比气室和过滤气室都是密封的，所有

6、气室内壁非常光洁，要求不吸收红外线，不能吸附气体，对气体不起任何化学作用。测量气室长度与浓度成反比。 滤光气室封入一定浓度的干扰组分，它的长度由封入干扰组分的浓度决定，有的分析仪不采用滤光气室，而用滤光片将干扰组分特征吸收波长全部滤去，这种结构较简单。气室两端用透光材料密封，它既保证气室的密封性，又具有良好的透光性，并且因各种透光材料允许透过光波长的不同，又起到了滤光作用，常用的透光材料有蓝宝石（Al2O3）、氟化锂（LiF）等。（3）检测器1窗口的光学玻璃，窗口的光学玻璃，2壳体，壳体，3薄膜，其下部带有薄膜，其下部带有 电容传感器的动片，电容传感器的动片，4电容传感器的定片电容传感器的定片

7、5绝缘体绝缘体6支架支架7和和8 两个气室两个气室9后盖后盖10密封垫圈密封垫圈 检测器工作工程检测器两气室所充的气体就是需要测量的气体，一般用中性气体氮气（N2）或氩气（Ar）与被测气体制成一定浓度的混合气体充入检测室中。被测气体的浓度不要太高。若浓度太高，红外线中某一波长的能量在检测气室窗口镜片附近就会全部被吸收，而不能深入到检测气室的下层，此时局部温度虽然相对高些，但窗口向四周的对流换热和检测气室壁的传导换热损失会加大，检测器的灵敏度就会下降。检测气室的密封极为重要检测气室动片和定片之间必须保持很高的绝缘性，因此对封入的气体要进行深度的干燥。检测器使用一段时间后，灵敏度会下降，可经过重新充气，方可继续使用。三组分红外气体分析仪5.4.3 红外线分析仪的应用优点：选择性好，灵敏度高，测量范围广，精度较高，常量为12.5级，低浓度（ppm）为25级，响应速度快。能吸收红外线的CO、CO2、CH4、SO2等气体、