Автоматические промышленные газоанализаторы инфракрасного поглощения

курсовая работа

3. Теоретические основы метода

Газоанализаторы инфракрасного поглощения относятся к группе абсорбционных оптических анализаторов. Их принцип действия основан на измерении степени поглощения энергии электромагнитного излучения, проходящего через слой анализируемого вещества. Теоретической основой абсорбционного спектрального метода анализа является закон Ламберта - Бера, согласно которому поглощение энергии потока монохроматического излучения с длиной волны ?, проходящего через слой вещества толщиной l с концентрацией в нем поглощающего компонента с, описывается следующим уравнением:

I=I0*exp(-k? *l*c),

где I0 и I- мощности потоков излучения соответственно на входе в слой и выходе из него;

k? - коэффициент поглощения, который зависит от природы поглощающего компонента и длины волны излучений.

При постоянных значениях параметров I0, k? и l, а также при постоянных температуре и давлении величина I однозначно определяется концентрацией поглощающего компонента.

Обычно способность вещества поглощать излучения (в %) характеризуется величиной пропускания:

ф?= I *100/ I0

или связанной с ней величиной поглощения

П?=100 - ф?,

а также оптической плотностью

D = lg (I0/ I) = 0,434 k? *l*c

Значения ф? или П? для каждого вещества как функции от ? при некоторых постоянных значениях l и с называются спектром поглощения. Участники спектра с наибольшими значениями П называются полосами поглощения. Спектр поглощения каждого вещества специфичен, однако полосы поглощения различных веществ могут совпадать, как это имеется у метана и ацетилена при ? = 7,5 мкм. Если в анализируемом веществе одновременно присутствуют несколько компонентов, способных поглощать излучение с одной и той же длиной волны, то зависимость приобретает вид:

I = Io*exp (-l*Уkvjcj),

где n - общее число поглощающих компонентов в анализируемой смеси; kj и cj - коэффициент поглощения и концентрация j-го поглощающего компонента.

В общем случае данный метод анализа является неизбирательным, так как результат измерения зависит от изменения концентраций неопределяемых компонентов, полосы поглощения которых частично совпадают с определяемым компонентом. Если полосы поглощения определяемого и какого-либо неопределяемого компонентов полностью совпадают, то применять абсорбционный спектральный метод невозможности.

Абсорбционный спектральный метод анализа наиболее эффективно применять в тех случаях, когда удается выбрать длину волны, на которой полосы поглощения определяемого и неопределяемых компонентов практически не перекрываются. Такой случай имеется, например, при измерении концентрации СО в присутствии СН4 и С2Н2 на длине волны 4,5 мкм. Если же полосы поглощения перекрываются частично, то некоторое увеличение избирательности может быть достигнуто рациональным выбором схемы прибора и ее параметров.

Закон Ламберта - Бера справедлив только для монохроматического излучения, однако в автоматических анализаторах производственного назначения измерения обычно производят с использованием потока излучения, содержащего некоторый спектр длин волн от ?н и ?к. В этом случае формулы остаются справедливыми, если в них использовать значения коэффициентов поглощения, усредненные в диапазоне ?н ~ ?к.

? = (?kv(v)dv)/(vk - vн)

Способностью поглощать излучение в инфракрасной области спектра обладают только газы, молекулы которых содержат не меньше двух различных атомов. Поэтому газоанализаторы инфракрасного поглощения не пригодны для измерения концентрации таких газов, как кислород, азот, водород, хлор, аргон, гелий и др.

Делись добром ;)