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气体分析仪 各类气体分析仪基本原理及特点_物理_自然科学_专业资料

时间:2021-01-14 16:08:31 来源:氧气检测仪 点击:

各类气体分析仪基本原理及特点 1、质谱仪的基本原理 质谱仪又称质谱计,是分离和检测不同同位素的仪器。它根据带 电粒子在电磁场中能够偏转的原理,按物质原子、分子或分子碎片的 质量差异进行分离和检测物质组成的一类仪器。 具体工作过程为:质谱仪以离子源、质量分析器和离子检测器为 核心。离子源是使试样分子在高真空条件下离子化的装置。电离后的 分子因接受了过多的能量会进一步碎裂成较小质量的多种碎片离子 和中性粒子。 它们在加速电场作用下获取具有相同能量的平均动能而 进入质量分析器。质量分析器是将同时进入其中的不同质量的离子, 按荷质比 q/m(q 为电荷,m 为质量)大小分离的装置,原理公式: q/m=2U/ B2 r 2 (U 为电压,B 为磁感应强度,r 为半径) 。分离后的 离子依次进入离子检测器气体分析仪,采集放大离子信号,经计算机处理,绘制 成质谱图。 优点:测量气体种类多,测试速度快,灵敏度高,结果精确,稳定性 和重复性 也较高。 缺点: 是价格偏高; 仪器机构复杂, 需要专业人员维护; 要求环境高。 2、气相色谱仪的基本原理 检测混合物由载气(载气特性为惰性气体,不应与样品和溶 剂反应。一般可选用且常用的载气有氢气,氮气,氦气。

氦气有 最好的分离柱效果,氦气用于热导式测量组件,氢气用于当氦气 不能使用的场合, 另一为氦气和氢气的混合气可得到较快的响应) 带入,检测混合物通过色谱柱(通常为填充柱和毛细管柱)与色 谱柱内固定相(我们把色谱柱内不移动,起分离作用的填料称为 固定相)相互作用,这种相互作用大小的差异使各混合物各组分 按先后次序从流出,并且依次导入检测器,从而得到各组分的检 测信号。按照导入检测器的先后次序,经过对比气体分析仪,可以区别出是 什么组分,根据峰高度或峰面积可以计算出各组分含量。 主要特点 气相色谱仪因为检测器的不同而具有不同的优缺点。 2、 氢 火 焰 检 测 器 气 相 色 谱 仪 。 氢 火 焰 检 测 器 (FID, flame ionization detector) 是利用氢火焰作电离源,使被测物质 电离,产生微电流的检测器。它是破坏性的、典型的质量型 检测器。 优点: 对几乎所有的有机物均有响应,特别是对烃类化合物灵敏度高,而且响应值与碳原子数成正比;对 H 2 O、CO2 和 CS2 等无机物不敏 感;对气体流速、压力和温度变化不敏感。它的线性范围宽酒精检测仪,结 构简单、 操作方便, 死体积几乎为零。

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因此, 作为实验室仪器, FID 得到普遍的应用,是最常用的气相色谱检测器。 缺点: 需要可燃气体 ( 氢气 ) 、助燃气体和载气三种气源钢瓶及其流 速控制系统。因此,制作成一体化的便携式仪器非常困难,特别 是应对突发性环境污染事件的分析与检测就更加困难,因为它需 要点“一把火 ” , 增加了引燃、引爆的潜在危险性 2 、 热 导 检 测 器 气 相 色 谱 仪 。 热 导 检 测 器 ( TCD, thermal conductivity detector) 是利用被测组分和载气热导系数不同而 响应的浓度型检测器(在一定浓度范围(线性范围)内,响应值 R(检测信号)大小与流动相中被测组分浓度成正比( R ∝ C)), 它是整体性能检测器,属物理常数检测方法。 优点: 它对所有的物质都有响应,结构简单、性能可靠、定量准确、价 格低廉、经久耐用,又是非破坏性检测器,因此, TCD 始终充满 着旺盛的生命力。近十几年来,配置于商品化气相色谱仪的产量 仅次于 FID,应用范围较广泛。 缺点: 与其他检测器相比, TCD 的灵敏度低,这是影响其应用于环境分 析与检测的主要因素。以氦气作载气,进气量为 2 mL 时,检出 限可达 10 量级。

因此,使用这种检测器的便携式气相色谱仪,-6 不适于室内外一般环境污染物分析与检测气体分析仪,大多用于污染源和突 发性环境污染事故的分析与检测。 3、红外线气体分析仪基本原理 红外线气体分析仪的测量依据: 朗伯 -比尔定律:其物理意义是当一束平行单色光垂直通过某 一均匀非 散射的吸光物质时 , 其吸光度与吸光物质的浓度及吸收层厚度成 正比。 红外线气体分析仪工作原理: 基于某些气体对红外线的选择性吸收。红外线分析仪常用的 红外线波长为 2~12 μ m。简单说就是将待测气体连续不断的通过 一定长度和容积的容器,从容器可以透光的两个端面中的一个端 面侧边射入一束红外光,然后在另一个端面测定红外线的辐射强 度,最后依据红外线的吸收与吸光物质的浓度成正比就可知道被 测气体的浓度。 优点: 1)测量范围宽:可分析气体上限达 100%,下限达几个 ( ppm) 的浓度。进行精细化处理后,还可以进行痕量 中含量在百万分之一以下组合的分析方法); (ppb)分析(物质 2)灵敏度高:具有很高的监测灵敏度,气体浓度有微小变化都能 分辨出来; 3)测量精度高:一般都在 FS(满量程) ,不少产品达到 FS。

与其他分析手段相比,它的精度较高且稳定性好;反应速度快: 响应时间一般在 10S 以内(达到 T90 的时间); 缺点: 不能分析对称结构无极性双原子分子(如 Ν、Ο 2 2 、 ? 2 )及 单原子分子气体( He、 Ne、 Ar),或者需要和其他检测器使用。 4、紫外线气体分析仪的原理 紫外线气体分析仪是可见分光光度计中的一种,其分析方法属于 紫外吸收光谱法甲苯检测仪,工作原理基于朗伯一比耳定律。朗伯一比耳定 律 A=lg(1/T)=Kbc 其中,A 为吸光度;T 为透射比,是透射光强度比上入射光强度 K 为摩尔吸收系数,它与吸收物质的性质及入射光的波长 λ 有关; c 为吸光物质的浓度; b 为吸收层厚度;当光源、波长和样品池 厚度确定后,它们就成了常数。这时透过样品的光强度仅与样品 中待测组分的浓度有关。紫外线气体分析仪就是根据这一原理工 作的。 优点:操作简单,可以测量 SO2、 NOx 、 HCl、 NH3 等气体 缺点:测量精确度不高,同等性能、功能情况下仪器价格

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