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紅外線氣體分析儀的原理分析
紅外線是一種看不見的光，其波長范圍為0.78—1000微米。它在紅光界限以外，所以得名紅外線。紅外線可分為三部分，即近紅外線，波長為0.75～1.50μm之間；中紅外線，波長為1.50～6.0μm之間；遠紅外線，波長為6.0～l000μm 之間。
波長——在光的傳播方向上，相鄰兩光波同相位點間的距離稱為波長。
波數(shù)——波數(shù)是描述紅外輻射的一個參量，是指每厘米長度內(nèi)所含紅外波的數(shù)目。
頻率——單位時間內(nèi)光波振動的周數(shù)。
光子能量——光波以輻射的形式發(fā)射、傳播或接受的能量，用E表示，單位為J。
特征吸收波長——在近紅外波段和中紅外波段，紅外輻射能量較小，不能引起分子中電子能級的躍遷，而只能被樣品分子吸收，引起分子振動能級的躍遷，所以紅外吸收光譜也稱分子振動光譜。當(dāng)某一波長紅外輻射的能量恰好等于某種分子振動能級的能量之差時，才會被該種分子吸收，并產(chǎn)生相應(yīng)的振動能級躍遷，這一波長便稱為該種分子的特征吸收波長。
紅外線氣體分析儀，是利用紅外線進行氣體分析。它基于待分析組分的濃度不同，吸收的輻射能不同．剩下的輻射能使得檢測器里的溫度升高不同，動片薄膜兩邊所受的壓力不同，從而產(chǎn)生一個電容檢測器的電信號。這樣，就可間接測量出待分析組分的濃度。
１．比爾定律
紅外線氣體分析儀是根據(jù)比爾定律制成的。假定被測氣體為一個無限薄的平面．強度為k的紅外線垂直穿透它，則能量衰減的量為：I=I0e-KCL(比爾定律)
式中：I--被介質(zhì)吸收的輻射強度；
I0--紅外線通過介質(zhì)前的輻射強度；
K--待分析組分對輻射波段的吸收系數(shù)；
C--待分析組分的氣體濃度；
L--氣室長度(赦測氣體層的厚度)
對于一臺制造好了的紅外線氣體分析儀，其測量組分已定，即待分析組分對輻射波段的吸收系數(shù)k一定；紅外光源已定，即紅外線通過介質(zhì)前的輻射強度I0一定；氣室長度L一定。從比爾定律可以看出：通過測量輻射能量的衰減I，就可確定待分析組分的濃度C了。
２．分析檢測原理
紅外線氣體分析儀由兩個獨立的光源分別產(chǎn)生兩束紅外線 該射線束分別經(jīng)過調(diào)制器，成為5Hz的射線。根據(jù)實際需要，射線可通過一濾光鏡減少背景氣體中其它吸收紅外線的氣體組分的干擾。
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(zhì)的背景氣體的參比室。工作時，當(dāng)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(yīng)的變化，而基準(zhǔn)光束(參比室光束)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(diào)節(jié)電路放大處理后，送往顯示器以及總控的LCD顯示。該輸 出信號的大小與被淵組分濃度成比例。
紅外分析儀的檢測器有薄膜微音器或半導(dǎo)體檢測器等。以薄膜微音檢測器為例，接收室內(nèi)充以樣氣中的待淵組分，兩個接收室中間用一個薄的金屬膜隔開，在兩測壓力不同時膜片可以變形產(chǎn)生位移，膜片的一側(cè)放一個固定的圓盤型電極?？蓜幽てc固定電極構(gòu)成了一個電容變進器的兩極。整個結(jié)構(gòu)保持嚴格的密封，兩接收氣室內(nèi)的氣體為動片薄膜隔開，但在結(jié)構(gòu)上安置一個大小為百分之幾毫米的小孔，以使兩邊的氣體靜態(tài)平衡。輻射光束通過參比室、測量室后，進入檢測器的接收室。被接收室里的氣體吸收，氣體溫度升高，氣體分子的熱運動加強，產(chǎn)生的熱膨脹形成的壓力增大。當(dāng)測量室內(nèi)通入零點氣(N2)時，來自兩氣室的光能平衡，兩邊的壓力相等，動片薄膜維持在平衡位置，檢測器輸出為零。當(dāng)測量室內(nèi)通入樣氣時，測量邊進入接收室的光能低于參比邊的，使測量邊的壓力減小，于是薄膜發(fā)生位移，故改變了兩極板問的距離，也改變了電容量C。
紅外線氣體分析儀可以用來分析各種多原子氣體,如:C2H2、C2H4、C2H5OH、C3H6、C2H6、C3H8、NH3、CO2、CO、CH4、SO2等。不能用來分析同一種原子構(gòu)成的多原子氣體以及惰性氣體，如：N2、Cl2、H2、O2以及He、Ne、Ar等。