如何用非色散紅外氣體分析儀測量氣體中特定組分濃度

非色散紅外氣體分析儀（Non-Dispersive Infrared Gas Analyzer，簡稱NDIR）是一種利用紅外光譜學(xué)原理，測量氣體中特定組分濃度的儀器。它主要由紅外光源、光路、紅外探測器、電路和軟件算法組成，具有靈敏度高、穩(wěn)定性好、維護(hù)簡單等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測、工業(yè)控制、生物研究等領(lǐng)域。

紅外光譜學(xué)原理是指不同的氣體分子對(duì)紅外光有不同的吸收特性，即每種氣體分子都有其特定的吸收波長或吸收帶。當(dāng)紅外光通過含有某種氣體的樣品室時(shí)，該氣體會(huì)吸收其特定波長的紅外光，從而使通過樣品室的紅外光強(qiáng)度減弱。根據(jù)比爾定律（Beer-Lambert Law），氣體的濃度與其吸收的紅外光強(qiáng)度成正比，因此可以通過測量樣品室和參比室（不含目標(biāo)氣體）之間的紅外光強(qiáng)度差，來計(jì)算出目標(biāo)氣體的濃度。

非色散紅外氣體分析儀的主要結(jié)構(gòu)如下：

紅外光源：一般為石英燈或鎢燈，發(fā)射出寬帶的紅外光。

光路：包括樣品室、參比室、濾波器、反射鏡等，用于引導(dǎo)和調(diào)節(jié)紅外光的傳輸。

紅外探測器：一般為熱電偶或熱釋電堆，用于將紅外光轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。

電路：包括放大器、調(diào)制器、解調(diào)器等，用于處理和放大電信號(hào)。

軟件算法：用于根據(jù)電信號(hào)和標(biāo)定曲線，計(jì)算出目標(biāo)氣體的濃度和輸出結(jié)果。

非色散紅外氣體分析儀的主要優(yōu)點(diǎn)如下：

靈敏度高：由于使用了單色或窄帶紅外光，可以有效地避免其他氣體的干擾，提高目標(biāo)氣體的檢測靈敏度。

穩(wěn)定性好：由于使用了參比室，可以有效地消除紅外光源、紅外探測器和環(huán)境溫度等因素的影響，保證測量結(jié)果的穩(wěn)定性。

維護(hù)簡單：由于使用了單光束系統(tǒng)，無需復(fù)雜的校準(zhǔn)和調(diào)節(jié)，只需定期更換紅外光源和濾波器即可。

應(yīng)用廣泛：由于可以根據(jù)不同的目標(biāo)氣體，選擇不同的濾波器和標(biāo)定曲線，可以實(shí)現(xiàn)多種氣體的測量，包括CO2、CO、CH4、NO、SO2等。

在一家生物質(zhì)發(fā)電廠，為了控制鍋爐的燃燒效率和減少溫室氣體的排放，需要對(duì)鍋爐煙氣中的CO2、CO、CH4、O2等氣體組分進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。該廠采用了奕帆科技的紅外氣體分析儀，該儀器可以同時(shí)測量包括O2在內(nèi)的4種組分，具有高靈敏度和高穩(wěn)定性，且維護(hù)簡單。該儀器通過與鍋爐控制系統(tǒng)相連，可以根據(jù)測量結(jié)果自動(dòng)調(diào)節(jié)鍋爐的空氣流量和燃料供給，以達(dá)到最佳的燃燒狀態(tài)。通過這種方式，該廠不僅提高了鍋爐的運(yùn)行效率和安全性，還降低了能源消耗和污染物排放，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益的雙贏。

綜上所述，非色散紅外氣體分析儀是一種利用紅外光譜學(xué)原理，對(duì)氣體中特定組分濃度進(jìn)行測量的儀器，具有高靈敏度、高穩(wěn)定性、低維護(hù)成本等優(yōu)點(diǎn)，適用于環(huán)境監(jiān)測、工業(yè)控制、生物研究等領(lǐng)域。然而該儀器也存在一些局限性，如測量精度受濾波器選擇和標(biāo)定曲線影響、儀器成本較高、儀器體積較大等。因此，在選用和使用非色散紅外氣體分析儀時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體的應(yīng)用場景和條件，進(jìn)行合理的評(píng)估和優(yōu)化。