第八章 物质成分分析与物性检测 (1)

第八章物质成分分析与物性检测

第二节热导式气体分析仪

利用气体的热传导速度不同的物理特性，制成的气体分析仪，一定条件下可分析混合气体中的H 2、CO 2、SO 2、Ar 、NH 3等气体的含量

一、基本原理

(一)气体的导热系数

导热系数用λ表示混合气体∑==+++=n

i i

i n n C C C C 12211λλλλλL (二)热导分析法的使用条件

(1)混合气体中除待测组分外，其余各组分的导热系数必须近似相等或十分接近。n

λλλ≈≈≈L 32除λ1外在热力学中物体的热传导速度是由导热系数来表示的。导热系数大，表示物体导热速度快；导热系数小，表示物体导热速度慢。

相对导热系数

温度系数

n

R I 224

（二）检测器的结构

二、氧化锆分析仪正常工作的必要条件有如下几项：

（1）工作温度要恒定，一般工作温度保持在T=850℃，此时仪表的灵敏度最高。工作温度T的变化直接影响氧浓度差电势E的大小，传感器还应有温度补偿环节。（2）必须要有参比气体，参比气体的氧含量要稳定不变。二者氧含量差别越大，仪表灵敏度越高。

（3）参比气体与被测气体压力应该相等，仪表可以直接以氧浓度刻度。

FRM-B型G1200

第四节红外线气体分析仪

一、测量原理

红外线一般指波长从0.76μm至1000μm范围内的电磁幅射。在红外线气体分析仪器中实际使用的红外线波长大约在1~50μm。

红外线气体分析仪是利用不同气体对红外波长的电磁波能量具有特殊吸收特性的原理而进行气体成分和含量分析的仪器。

吸收：红外线通过某些物质时，其中一些频率的光强度大为减弱甚至消失。

乙炔

乙烷

乙烯甲烷

二、朗伯-贝尔定律

假定被测气体为一个无限薄的平面．强度为k的红外线垂直穿透它，则

能量衰减的量为：I=I

0e-KCL(朗伯-贝尔定律)

式中：I--被介质吸收的辐射强度；

I 0--红外线通过介质前的辐射强度；

K--待分析组分对辐射波段的吸收系数；

C--待分析组分的气体浓度；

L--气室长度(被测气体层的厚度)

三、红外线气体分析仪的工作原理

用人工的方法制造一个包括被测气体特征吸收峰波长在内的连续光谱辐射源，让这个光谱通过固定长度的含有被测气体的混合组分，在混合组分的气体层中，被测气体的浓度不同，吸收固定波长红外线的能量也不相同，继而转换成的热量也不同。在一个特制的红外检测器中，再将热量转换成温度或压力，测量这个温度和压力，就可以准确地测量被分析气体的浓度。

双光束直读式红外线气体分析仪

1、气体分析仪测量过程

红外线气体分析仪可以用来

分析各种多原子气体,

如:C2H2乙炔、C2H4乙烯、

C2H5OH乙醇、C3H6丙烯、

C2H6乙烷、C3H8丙烷、

NH3氨、CO2、CO、CH4

甲烷、SO2等。不能用来分

析同一种原子构成的多原子

气体以及惰性气体，如：N2、

Cl2、H2、O2以及He、Ne、

Ar等。

2、分析仪基本部件结构

（1）光源和调制器

光源的任务：产生具有一定调制频率（2~12HZ）、两束能量相等且稳定的平行红外光束

1-反光镜；2-光源；3-切光片；4-同步电机

（2）气室和滤光器

气室包括测量气室、参比气室和滤光气室。结构圆筒形，除测量气室有气样进出口之外，参比气室和过滤气室都是密封的，所有气室内壁非常光洁，要求不吸收红外线，不能吸附气体，对气体不起任何化学作用。测量气室长度与浓度成反比。

滤光气室封入一定浓度的干扰组分，它的长度由封入干扰组分的浓度决定，有的分析仪不采用滤光气室，而用滤光片将干扰组分特征吸收波长全部滤去，这种结构较简单。

气室两端用透光材料密封，它既保证气室的密封性，又具有良好的透光性，并且因各种透光材料允许透过光波长的不同，又起到了滤光作用，常用的透光材料有蓝宝石（Al2O3）、氟化锂（LiF）等。

检测器工作工程：

z检测器两气室所充的气体就是需要测量的气体，一般用中性气体氮气（N2）或氩气（Ar）与被测气体制成一定浓度的混合气体充入检测室中。

z被测气体的浓度不要太高。

z若浓度太高，红外线中某一波长的能量在检测气室窗口镜片附近就会全部被

吸收，而不能深入到检测气室的下层，此时局部温度虽然相对高些，但窗口向四周的对流换热和检测气室壁的传导换热损失会加大，检测器的灵敏度就会下降。z 检测气室的密封极为重要

z 检测气室动片和定片之间必须保持很高的绝缘性，因此对封入的气体要进

行深度的干燥。

z 检测器使用一段时间后，灵敏度会下降，可经过重新充气，方可继续使用。

第五节气相色谱仪

一、色谱法概述

1、色谱法的由来

2、色谱法的分类

二、气相色谱仪

气相色谱(GC) 是一种把混合物分离成单个组分的实验技术它被用来对样品组分进行鉴定和定量测定。

第六节可燃性气体的检测原理

可燃气体传感器——气敏电阻

气敏电阻的外形侧视图和底视引脚图

气敏电阻的符号f-f：加热电极；AA、BB：气敏电阻电极

气敏电阻的基本工作电路：

如右图所示，其中的Uf 为气敏电阻的加热

电源，U+为气敏电阻的测量电源。

工作原理：

气敏电阻是一种半导体敏感器件，它利用

半导体材料对气体的吸附而使自身电阻率发生

变化的机理进行测量的元件。制作气敏电阻的

氧化物半导体材料主要有SnO 2（二氧化锡）、

ZnO 及Fe 2O 3等。为了提高某种气敏元件对某些

气体成分的选择性和灵敏度，材料中还掺入催

化剂，如钯（Pd ）、铂（Pt ）、银（Ag ）等，

它们的添加物质不同，能检测的气体也不同。

温度特性

在室温下吸收某种气体后，其电导率变化不大，输出电压很小且几乎不变。若保持气体浓度不变，输出电压随温度升高而增大，即该气敏元件的电导率变化很大，灵敏度大幅提高。因此气敏电阻工作时必须加热，它能烧去气敏元件附着的油污、尘埃等，起到清洗作用，并加速被测气体的吸附、脱出过程。

控制不同的加热温度，能对不同的被测气体具有选择作用。加热温度与元件输出灵敏度有关，一般为200~400℃。