6气体成分分析

2.光的吸收定律：朗伯-贝尔定律
E E0e
k cl
E——透过红外辐射的强度； E0——入射红外辐射的强度； kλ——待测组分对波长为λ的红外辐射的 吸收系数； c——待测组分的物质浓度； l——红外线穿过的待测组分的长度。
因此，如果能测出被某种物质吸收的光 辐射的强度，就可确定该物质的浓度， 即可定量分析。
结论： （1）非线性； （2）适用温度范围600~1150； （3）参比气体与被测气体总压相等。
二、氧化锆氧量计的测量系统
氧化锆氧浓差电池用于实际检测中，主 要需要解决的问题是，氧化锆检测头， 反应电极及将被测气体与参比气（空气） 严格隔离的问题（也叫做氧探头的密封 问题）。实际应用过程中，最难以解决 的是密封问题和反应电极问题。
能斯特方程也可以写成 RT 2 E ln nF 1 其中φ1、φ2分别为两侧的氧体积浓度。 则
E T (0.0338 0.0496lg 1 )(mV)
在实际应用中，通过检测气体的氧电势 及温度，通过以能斯特公式为基础的数 学模型，就可以推算出被测气体的氧含 量（百分比）。这就是氧化锆氧探头的 基本检测原理。
2.氧传感器的测氧原理： 在氧化锆电解质(ZrO2管)的两侧面分别 烧结上多孔铂（Pt）电极，在一定温度 下，当电解质两侧氧浓度不同时，高浓 度侧(II侧Pref)的氧分子被吸附在铂电 极上与电子（4e）结合形成氧离子O2-， 使该电极带正电，O2-离子通过电解质中 的氧离子空位迁移到低氧浓度侧（I侧 Po2）的Pt电极上放出电子，转化成氧分 子，使该电极带负电。两个电极的反应 式分别为：
第六章气体成分分析
本章主要内容： 1.氧化锆氧量计 2.红外气体分析器 3.气相色谱分析仪
本章重点：
1.氧化锆氧量计的工 作原理、应用特点 2.红外气体分析仪的 工作原理及特点。 本章难点：红外气 体分析仪的工作原 理
第一节氧化锆氧量计
一、氧化锆测氧原理 1.固体电解质的导电机理
说明： 1.固体电解质； 2.参杂； 3.导电性与温度有关。
在II侧 在 I侧
（1） （2）
这样在两个电极间便产生了一定的电动 势，氧化锆电解质、Pt电极及两侧不同 氧浓度的气体组成氧探头即所谓氧化锆 浓差电池。产生的电势称为氧浓差电势。
氧浓差电势的大小由能斯特（Nerenest）方 程给出： RT p 2 E ln nF p1 E——氧浓差电势（v）； F——法拉第常数，为96487C/mol； R——理想气体常数，为8.314j/(mol · k)； T——热力学温度（K）； n——一个氧分子从正电极带到负电极的电 子数，n=4。
三、特点 具有结构简单，响应时间短(0.1-0.2秒)， 测量范围宽(从ppm到百分含量)，使用 温度高(600～1200℃)，运行可靠，安 装方便，维护量小等优点，因此在冶金、 化工、电力、陶瓷、汽车、环保等工业 部门得到广泛的应用。
第二节红外气体分析仪
一、红外气体分析原理 1.物质吸收光辐射有选择性 某种物质只能吸收某些波长的光辐射。 如果能测出被某物质吸收的波长光谱， 就可判定其是什么物质。 气体的吸收光谱为红外光。
三、特点 分析范围广；可测量CO CO2 NH3及气 态烃类，但不能分析具有对称结构无极 性双原子分子。 良好的选择性。对于多组分的混合气体， 不管背景气中的干扰组分浓度如何变化， 它只对待测组分的浓度有反应； 分析周期短、响应时间快；精度高； 可同时测量若干个组分。
第三节气相色谱分析仪
色谱法也叫层析法，它是一种高效能的物理分 离技术。 色谱技术的实质是流动相和固定相做相对运动 时，由于流动相中被分离的不同物质受到固定 相的吸附、溶解等作用不同，而得到分离。分 离后的组分按顺序进入检测器，产生的离子流 讯号经放大后，在记录器上描绘出各组分的色 谱峰。
五、特点 色谱法分离效能高、样品用量少、可进 行多组分分析、分析精度高、灵敏度高、 分析速度快和标定周期长等优点。但是 样品质量要求高，对操作员素质要求也 很高 。多用于石油化工部门，主要用来 分析有机的混合物 。也可用于冶金部门， 进行烟气或炉气分析等。
二、红外气体分析仪系统工作原理
当样气中不含有待测组分时，红外探测 器接受的测量光束与参比光束的辐射通 量相同，没有输出，显示器指零。当样 气中含有待测组分时，使通过样品气室 的红外辐射被吸收掉一部分，吸收程度 取决于待测组分在混合气体中的浓度。 这样通过样品气室和参比气室的两束红 外辐射的通量不再相等，红外探测器接 收到的是变化的红外辐射，显示器偏转， 待测组分浓度大，偏转角度就大，这样 可根据输出信号的大小推测出待测组分 的浓度。
色谱峰：色谱柱流出组分通过检测器时 产生的响应信号的微分曲线。 峰宽W：在峰的两侧拐点处所作切线与 峰底相交两点之间的距离。 半峰宽（W1/2）：通过峰高的中点做平 行与峰底的直线与其峰两侧相交两点间 的距离。 峰高h：色谱流出曲线最高点的纵坐标。 峰面积A：峰与峰底间的面积，又称作响 应值。
对称峰：
三、气相色谱的定性与定量分析方法： 定性分析：保留时间法。 定量分析：在定性分析的基础上，利用 色谱图上色谱的峰高或峰面积定量。
四 、气相色谱分析用的检测器 气相色谱仪的主要用途不是分离样气， 而是分析样气中各种组分的含量，在色 谱柱出口接上检测器，用以检测个组分 的含量。 检测器主要有：热导检测器、氢火焰电 离检测器、电子捕获检测器、火焰光度 检测器等。
一、色谱流出曲线及有关术语
色谱图：色谱柱流出物通过检测器时所 产生的响应信号对时间的曲线图。纵坐 标为信号强度，横坐标为保留时间。 基线：无组分通过色谱柱时，检测器的 噪音随时间变化的曲线。 保留时间（tr）：组分从进样到出峰最大 之所需的时间。 死时间（t0）:不被固定相滞留的组分， 从进样到出峰最大之所需的时间。 校正保留时间（tr′ ） tr′=tr-t0
A 1.065hW 1 2
二、气相色谱仪的组成 （1）载气系统：包括气源、气体净化、气体 流速控制和测量 （2）进样系统：包括进样器、汽化室（将液 体样品瞬间汽化为蒸气） （3）色谱柱和柱温：包括恒温控制装置（将 多组分样品分离为单个） （4）检测系统：包括检测器，控温装置 （5）记录系统：包括放大器、记录仪、或数 据处理装置、工作站等。