紅外氣體分析器

紅外氣體分析器是利用被測氣體對中紅外光線的吸收來分析氣體的設備，吸收規律符合朗伯－比爾定律紅外氣體分析器是一類套用廣泛、最具代表性的線上氣體分析器，靈敏度高、穩定性好，常見非單元素氣體都有可能適用。

紅外氣體分析器的原理

1 吸收光譜法 　當分子從外界吸收電磁輻射能時，電子、原子、分子受到激發，會從較低能級躍遷到較高能級，躍遷前後的能量之差為： 　e2 － e1 = hv 　式中 e2,e1-分別表示較高能級和較低能級(躍遷前後的能級)的能量；v-輻射光的頻率；h-普朗克常數，4.136×10-15ev·s 。 　當某一波長電磁輻射的能量e恰好等於某兩個能級的能量之差e2－e1時，便會被某種粒子吸收並產生相應的能級躍遷，該電磁輻射的波長和頻率稱為某種粒子的特徵吸收波長和特徵吸收頻率。 　振動能級的基頻位於中紅外波段，近紅外波段主要是各種基團振動的倍頻和合頻吸收。中紅外吸收能力強，靈敏度高；近紅外吸收弱，靈敏度低。 　氣體的吸收光譜是由許多頻寬很窄的吸收線組成的吸收帶，用高精度的分光儀檢測可以展開成獨立的吸收峰。 　2 朗伯－比爾定律 　當紅外線波長與被測氣體吸收譜線相吻合時，紅外能量被吸收。紅外光線穿過被測氣體後的光強衰減滿足朗伯-比爾(lambert-beer)定律： 　式中和分別表示紅外頻率為的光線入射時和經過壓力、濃度和光程的氣體後的光強，表示氣體吸收譜線的譜線強度，線形函式表征該吸收譜線的形狀。當氣體的吸收較小（吸收率低、濃度低或光程較短），可用公式(2)來近似表達氣體的吸收。這些關係表明氣體濃度越大，對光的衰減也越大。因此，可通過測量氣體對紅外光線的衰減來測量氣體濃度。 　為了保證讀數呈線性關係，當待測組分濃度大時，分析器的測量氣室較短，最短的為0.3mm；當濃度低時，測量氣室較長，最長的為>200mm。經吸收後剩餘的光能用紅外檢測器檢測。

紅外氣體分析器的結構

紅外氣體分析器由光學部件和測量電路構成，測量電路的結構由光學部件及系統功能決定。光學部件通常由紅外輻射光源、通過樣氣的測量氣室、紅外檢測器等構成，通常稱為紅外三大部件。 　1 紅外輻射光源 　線上紅外氣體分析器主要使用廣譜（寬譜）光源。廣譜光源的光譜覆蓋波長從1μm到15～20μm，通常使用範圍為2-12um。寬譜光源的譜頻寬度通常在幾個微米，如2～5μm就是其中的一種。 　（1）連續光源 　發出的光能量是連續不斷的。由電機帶動的切光片對光線調製，產生特定頻率的紅外輻射光。 　採用同步電機作為切光電機的分析器要求電源頻率在較窄範圍，如50±0.5hz，超出規定的範圍，會產生電源頻率影響誤差。 　（2）斷續光源 　發出的光能量是隨時間變化的，例如脈衝光源。通過控制輸入光源的電信號（電壓或電流）的頻率，可以產生特定頻率的紅外輻射光。 　2 氣室 　抽取式測量的紅外儀器需要氣室，而原位式和開放式紅外氣體分析器可以不需要氣室。雙光路分析器的氣室分為測量氣室和參比氣室，測量氣室連續地通過待測樣氣，參比氣室完全密封並充有中性氣體（多為n2）。單光路分析器的氣室只有測量氣室，沒有參比氣室。 　3 紅外檢測器 　紅外氣體分析器的檢測器用於檢測通過氣室的紅外光能，檢測器分為兩種類型：氣動檢測器和固體檢測器。氣動檢測器主要有薄膜微音檢測器和微流量檢測器；固體檢測器主要有光電導檢測器、熱釋電檢測器和熱電堆檢測器。

紅外氣體分析器的套用領域

◇ 石油、化工、發電廠、冶金焦碳等工業過程控制 　◇ 大氣及污染源排放監測等環保領域 　◇ 飯店、大型會議中心等公共場所的空氣監測 　◇ 農業、醫療衛生和科研等領域 　例如：（1）合成氨流程的醇化塔進（出）口，用紅外氣體分析器分析co和co2；（2）甲醇生產流程的脫碳工段，用紅外氣體分析器分析co和co2；（3）環保排放監測，用紅外氣體分析器分析so2和nox。