红外线分析器的组成及测量气体

红外线分析器的组成及测量气体

红外线分析仪是一种利用红外线辐射特性来分析物体性质的分析仪器。它的工作原理基于不同物质的分子结构和化学键有特定的红外线吸收和发射特性。使用红外线分析仪，我们可以通过检测不同物质对红外辐射的吸收特征来确定它们的数量和浓度。本文将详细介绍红外线分析仪的组成以及受其影响的气体。

组成

红外线分析仪主要由红外辐射源、样品室、检测器及处理系统组成。下面将详细介绍各个组成部分。

红外辐射源

红外辐射源是红外线分析仪的核心部分，通常由电热线或电阻丝制成。当电流通过电热线或电阻丝时，会发生热传导，从而产生红外辐射。红外线分析仪使用的红外辐射源主要有两种：一种是黑体辐射源，可以产生连续谱的红外辐射；另一种是滤波器辐射源，可以产生带通的红外辐射。

样品室

样品室是红外线分析仪中用来放置样品的位置。常见的样品室可以用气密容器或透明的样品管实现。当涉及到液体或固体样品分析时，样品室还可能会包含一个加热电路，以保持样品的稳定温度。

检测器

检测器是红外线分析仪的另一个重要部分，常用的几种类型包括热电偶、光敏二极管和焦平面阵列探测器。

热电偶检测器利用热的效应来测量红外线辐射。当红外线照射在热电偶探测器上时，它会产生热电流，检测器会将这个信号转换为电信号进行分析。

光敏二极管检测器是一种利用半导体材料灵敏地吸收红外辐射的器件。

焦平面阵列探测器是一种较新的检测器，通常由数千个微小的探测器组成。这个特殊的设计允许它在完成扫描时测量特定波段内的红外辐射。

处理系统

处理系统可以将检测器所获得的信号转换为数字信号，以供后续分析。通常使用嵌入式系统、工控机及计算机实现数据处理。

测量气体

红外线分析仪一般适用于测量气态物质，主要涉及有机化合物、烷烃类气体、化学气体等。下面将详细介绍三种常见的气体类型及其测量实例。

有机化合物

有机化合物是指一类由碳、氢、氧、氮、硫等元素组成的化合物。它们通常是液体或固体，但也可以是气体或是挥发性液体。许多有机化合物具有轻度或严重的毒性，因此需要及时检测化合物的浓度。红外线分析仪可以利用有机化合物对特定波长的红外辐射的吸收特性进行测量。

例如，可以通过红外线分析仪分析空气中的甲醛。甲醛是一种有害物质，能够引起过敏性反应。红外线分析仪可以利用甲醛分子在4030cm-1谱线位置的吸收特性来测量甲醛的浓度。

烷烃类气体

烷烃类气体是指一类主要由氢和碳元素组成的低分子量烃化合物。它们通常是无色或淡黄色的气体，常常用于发动机燃料或是制造化学制品。由于烷烃类气体的易燃性和易爆性，因此需要精确测量其浓度。

例如，可以利用红外线分析仪测量空气中的丙烷浓度。丙烷是一种常见的烷烃气体，可以用于加热和动力设备。红外线分析仪利用丙烷分子在2980cm-1谱线位置的吸收特性来测量丙烷浓度。

化学气体

化学气体是指一类由化学反应或物理变化所产生的气体。许多化学气体是危险的，甚至属于有毒或爆炸性物质。因此，在工业生产中，需要精确测量其浓度以保护工作人员的安全。

例如，可以利用红外线分析仪测量空气中的硫化氢浓度。硫化氢是一种具有刺激性气味且有毒的气体，通常存在于废水、污泥和排泄物中。红外线分析仪可以利用硫化氢分子在2560cm-1谱线位置的吸收特性来测量硫化氢浓度。

结论

红外线分析仪是一种重要的气体分析仪器，已被广泛应用于化学、环境和医疗领域。本文介绍了红外线分析仪的组成，并以三种常见的气体类型为例详细介绍了它们的测量方法。我们可以看到，红外线分析仪可以快速、准确地测量不同气体的浓度，对于保护环境和人类健康有着至关重要的作用。