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氣體分析儀不同原理的優缺點

發布時間：

2024-02-03

質譜計，是分離和檢測不同同位素的儀器。它根據帶電粒子在電磁場中能夠偏轉的原理，按物質原子、分子或分子碎片的質量差異進行分離和檢測物質組成的一類儀器。

　　一、質譜儀基本原理

　　具體工作過程為：質譜儀以離子源、質量分析器和離子檢測器為核心。離子源是使試樣分子在高真空條件下離子化的裝置。電離后的分子因接受了過多的能量會進一步碎裂成較小質量的多種碎片離子和中性粒子。它們在加速電場作用下獲取具有相同能量的平均動能而進入質量分析器。質量分析器是將同時進入其中的不同質量的離子，按荷質比q/m（q為電荷，m為質量）大小分離的裝置。分離后的離子依次進入離子檢測器，采集放大離子信號，經計算機處理，繪制成質譜圖。

　　優點：測量氣體種類多，測試速度快，靈敏度高，結果精確，穩定性和重復性也較高。

　　缺點：是價格偏高，儀器機構復雜，需要專業人員維護；要求環境高。

　　二、氣相色譜儀的基本原理

　　檢測混合物由載氣（載氣特性為惰性氣體，不應與樣品和溶劑反應。一般可選用且常用的載氣有氫氣，氮氣，氦氣。

　　氦氣有最好的分離柱效果，氦氣用于熱導式測量組件，氫氣用于當氦氣不能使用的場合，另一為氦氣和氫氣的混合氣可得到較快的響應）帶入，檢測混合物通過色譜柱（通常為填充柱和毛細管柱）與色譜柱內固定相（我們把色譜柱內不移動，起分離作用的填料稱為固定相）相互作用，這種相互作用大小的差異使各混合物各組分按先后次序從流出，并且依次導入檢測器，從而得到各組分的檢測信號。按照導入檢測器的先后次序，經過對比，可以區別出是什么組分，根據峰高度或峰面積可以計算出各組分含量。

　　主要特點

　　氣相色譜儀因為檢測器的不同而具有不同的優缺點。

　　2.1氫火焰檢測器氣相色譜儀

　　氫火焰檢測器(FID, flame ionization detector)是利用氫火焰作電離源，使被測物質電離，產生微電流的檢測器。它是破壞性的、典型的質量型檢測器。

　　優點：

　　對幾乎所有的有機物均有響應，特別是對烴類化合物靈敏度高，而且響應值與碳原子數成正比；對H2O、CO2和CS2等無機物不敏感；對氣體流速、壓力和溫度變化不敏感。它的線性范圍寬，結構簡單、操作方便，死體積幾乎為零。因此，作為實驗室儀器，FID得到普遍的應用，是最常用的氣相色譜檢測器。

　　缺點：

　　需要可燃氣體(氫氣) 、助燃氣體和載氣三種氣源鋼瓶及其流速控制系統。因此，制作成一體化的便攜式儀器非常困難，特別是應對突發性環境污染事件的分析與檢測就更加困難，因為它需要點“一把火 ”,增加了引燃、引爆的潛在危險性

　　2.2熱導檢測器氣相色譜儀

　　熱導檢測器( TCD, thermal conductivity detector)是利用被測組分和載氣熱導系數不同而響應的濃度型檢測器（在一定濃度范圍（線性范圍）內，響應值R（檢測信號）大小與流動相中被測組分濃度成正比（R∝C）），它是整體性能檢測器，屬物理常數檢測方法。

　　優點：

　　它對所有的物質都有響應，結構簡單、性能可靠、定量準確、價格低廉、經久耐用，又是非破壞性檢測器，因此，TCD始終充滿著旺盛的生命力。近十幾年來，配置于商品化氣相色譜儀的產量僅次于FID,應用范圍較廣泛。

　　缺點：

　　與其他檢測器相比，TCD的靈敏度低，這是影響其應用于環境分析與檢測的主要因素。使用這種檢測器的便攜式氣相色譜儀，不適于室內外一般環境污染物分析與檢測，大多用于污染源和突發性環境污染事故的分析與檢測。

　　三、紅外氣體分析儀基本原理

　　紅外氣體分析儀的測量依據：朗伯-比爾定律：其物理意義是當一束平行單色光垂直通過某一均勻非散射的吸光物質時,其吸光度與吸光物質的濃度及吸收層厚度成正比。

　　紅外線氣體分析儀工作原理：基于某些氣體對紅外線的選擇性吸收。紅外線分析儀常用的紅外線波長為2~12μm。簡單說就是將待測氣體連續不斷的通過一定長度和容積的容器，從容器可以透光的兩個端面中的一個端面側邊射入一束紅外光，然后在另一個端面測定紅外線的輻射強度，最后依據紅外線的吸收與吸光物質的濃度成正比就可知道被測氣體的濃度。

　　優點：

　　測量范圍寬：可分析氣體上限達100%，下限達幾個（ppm）的濃度。進行精細化處理后，還可以進行痕量 (ppb)分析（物質中含量在百萬分之一以下組合的分析方法）

　　靈敏度高：具有很高的監測靈敏度，氣體濃度有微小變化都能分辨出來

　　測量精度高：一般都在 FS（滿量程）,不少產品達到FS。與其他分析手段相比，它的精度較高且穩定性好

　　反應速度快：響應時間一般在10S以內（達到T90的時間）；

　　缺點：

　　不能分析對稱結構無極性雙原子分子及單原子分子氣體（He、Ne、Ar）

　　四、紫外UV氣體分析儀的原理

　　紫外UV氣體分析儀是可見分光光度計中的一種，其分析方法屬于紫外吸收光譜法，工作原理基于朗伯一比耳定律。朗伯一比耳定律A=lg(1/T)=Kbc

　　其中，A為吸光度；T為透射比，是透射光強度比上入射光強度K為摩爾吸收系數，它與吸收物質的性質及入射光的波長λ有關；c為吸光物質的濃度；b為吸收層厚度；當光源、波長和樣品池厚度確定后，它們就成了常數。這時透過樣品的光強度僅與樣品中待測組分的濃度有關。紫外線氣體分析儀就是根據這一原理工作的。

　　優點：操作簡單，可以測量SO2、NOx、HCl、NH3等氣體

　　缺點：測量精確度不高，同等性能、功能情況下儀器價格比紅外線高