第2章第六节成分

1、采样装置预处理系统成分分析仪表的组成框图采样系统传感器信号放大和处理单元显示单元控制单元电化学式:工业酸度计、工业电导率热学式：热导式气体分析仪磁学式：磁性氧分析仪光学式：吸收式光学分析仪、发射式光学分析仪射线式：x射线分析仪、射线分析仪ni 1注意：1）混合气体中除待测组分外，其余各组分的应相同或相近，否则要进行预处理；2）待测组分的与其余各组分的的差别越大，灵敏度越高；3）同一种气体在不同温度下，其是变化的，随温度的升高而增大。所以需要保持恒定的温度。绝 缘 子电阻丝样 气0时的电阻值为R0，通过电流I后，电阻丝产生热量并向四周散射，由于气体流量很小，气体带走的热量可忽略。热量主要是通过气

2、体传向气室壁。设气室壁温度tc恒定（一般都设置有恒温装置），电阻丝达到热平衡时的温度为tn，电阻丝通以恒定电流I0，则电阻丝的散热为 rn为电阻丝的半径， rc为气室的内半径 电阻丝产生的热量为： 电阻丝阻值与温度的关系为： nccnrrttlQln2nRIQ20nntRR210热平衡时，电流I0通过电阻丝所产生的热量和电阻丝通过气体传导散失的热量相等，即QQ。如果混合气体的导热系数愈大，其散热条件愈好，热平衡时的温度tn也愈小，反之，愈小，Rn愈大，从而通过电阻的变化测量导热系数Rn=f(1/ )电阻Rn的测量可通过电桥实现热导检测器的结构 池体：一般用不锈钢制成。 热敏元件：电阻率高、电阻

3、温度系数大、且价廉易加工的钨丝制成。 参考臂：仅允许纯载气通过，通常连接在进样装置之前。 测量臂：需要携带被分离组分的载气流过，则连接在紧靠近分离柱出口处。 钨丝通电，加热与散热达到平衡后，两臂电阻值： R参=R测 ; R1=R2则： R参R2=R测R1 无电压信号输出；记录仪走直线（基线）。进样后，载气携带试样组分流过测量臂而这时参考臂流过的仍是纯载气，使测量臂的温度改变，引起电阻的变化，测量臂和参考臂的电阻值不等，产生电阻差，R参R测则： R参R2R测R1这时电桥失去平衡，a、b两端存在着电位差，有电压信号输出。信号与组分浓度相关。检测原理平衡电桥，右图。利用氧化锆固态电解质作传感器，测量

4、混合物气体中氧气的含量氧化锆（ZrO2）是一种陶瓷固体电解质，在高温下有良好的离子导电特性。作为氧含量检测用的氧化锆一般都掺入一定量（通常15%）的化学CaO（也可以Y2O2）作为稳定剂，经高温焙烧后则形成稳定的晶体。 如果在一块氧化锆（ZrO2）电解质的两侧分别附上一个多孔铂电极，若两侧气体的含氧量不同，则在两电极间就会出现电势，该电势称为浓差电势在电池的正极：在电池的负极：电池反应：浓差电势的大小可由能斯特公式决定：pR为参比气体氧分压，一般用空气作参比气体，则pR21000Pa（视地区环境不同）px为被测气体氧分压；R-理想气体常数、T-电池温度；n-迁移一个氧分子的电子数；F-法拉第常

5、数2224OepORepOOx4222xRpOpO22xRppnFRTEln在氧化锆检测器中，最重要的是控制氧化锆的工作温度：一般检测器中均有恒温控制装置，以保证氧化锆工作在恒定的温度；另一方面，还要选取合适的温度值。氧化锆探头 热磁热磁 检测技术检测技术1. 检测原理检测原理任何介质处于外磁场中要受到力或力矩的作用而显示出任何介质处于外磁场中要受到力或力矩的作用而显示出 磁性。磁性。HJJ:磁化强度矢量磁化强度矢量 介质磁化率介质磁化率 H 外磁场强度外磁场强度1、被测气体混合物中待测组分比其他气体有高得多的、被测气体混合物中待测组分比其他气体有高得多的磁化率磁化率2、磁化率随温度升高而降低

6、等热磁效应检测气体组分、磁化率随温度升高而降低等热磁效应检测气体组分的含量。的含量。 已知互不发生化学反应的多组分混合气体 的磁化率等于各气体磁化率与浓度乘积之和，氧气的磁化率远大于其它气体，所以混合气体的磁化率 可近似为11c1 氧气磁化率 c1 氧气浓度热磁式气体分析仪的工作原理热磁式气体分析仪的工作原理 待测组分（氧气）较混合气体中其它组分的磁化率大得多； 随温度的升高，气体的磁化率将迅速下降； 在满足第一个条件的情况下，混合气体的磁化率近似为待测组分的磁化率与该组分所占浓度的乘积红外线气体成分检测主要是利用红外线的吸收性质。归纳起来具有以下特点：同种气体对红外线的吸收能力因红外线的波长

7、不同而不同同种气体对红外线的吸收能力因红外线的波长不同而不同单原子分子气体和无极性的双原子分子气体不吸收红外线，单原子分子气体和无极性的双原子分子气体不吸收红外线，而具有异核分子的大多数气体在某些特定的波长下对红外而具有异核分子的大多数气体在某些特定的波长下对红外线有强烈的吸收线有强烈的吸收气体吸收了红外线辐射以后，温度升高使压力（体积）增气体吸收了红外线辐射以后，温度升高使压力（体积）增加加气体对红外线的吸收遵循朗伯气体对红外线的吸收遵循朗伯比尔定律，即比尔定律，即clKeII0 单原子分子气体和无极性的双原子分子气体不吸收红外线，单原子分子气体和无极性的双原子分子气体不吸收红外线，而具有异

8、核分子的大多数气体在某些特定的波长下对红外线而具有异核分子的大多数气体在某些特定的波长下对红外线有强烈的吸收有强烈的吸收 气体吸收了红外线辐射以后，温度升高使压力（体积）增加气体吸收了红外线辐射以后，温度升高使压力（体积）增加 气体对红外线的吸收遵循朗伯气体对红外线的吸收遵循朗伯比尔定律，即比尔定律，即 clKeII0检测原理检测原理下面我们以下面我们以CO2红外线气体成分检测器的工作原理。红外线气体成分检测器的工作原理。它是双光束测量系统，灯丝通电后发出两束强度几乎它是双光束测量系统，灯丝通电后发出两束强度几乎相等的红外线，波长一般在相等的红外线，波长一般在310m，灯丝一般采用，灯丝一般采

9、用镍铬合金丝。光路中装有切光片，可连续遮段光源镍铬合金丝。光路中装有切光片，可连续遮段光源简便起见，首先讨论切光片不动，并且没有遮断光路的情况。一束红外线经过参比室，到达检测器的左气室；另一束经过工作气室，到达检测器的右气室，检测器中间用一张铝箔和它旁边的铝合金柱体构成一个电容器，其中铝箔为动极，柱体作定极由于样气中气体浓度的变化而引起的检测器气室内温度或压力的变化极小，铝箔的位移为102m，相应的C变化也极小的，因此要直接正确地测量C改变量极为困难。为此在红外线气体分析器上在光源后面加了一个切光片。使进入参比气室和工作气室的红外线成为两束同步的断续红外辐射,这种作用称为调制 假设被测气体中只

10、有待测组分吸收特定波长的红外线。如果假设被测气体中只有待测组分吸收特定波长的红外线。如果其他组分也对红外线有吸收，则情况就不一样了其他组分也对红外线有吸收，则情况就不一样了 背景气体吸收的红外光波长与待测气体的不一样背景气体吸收的红外光波长与待测气体的不一样背景气体吸收的红外线波长与待测气体有部分重叠背景气体吸收的红外线波长与待测气体有部分重叠前面的成分分析方法只能自动连续地分析混合气体中某一组分的含量色谱仪是一种能对混合物进行全面分析，能鉴定混合物是由哪些组分组成，并能测出各组分的含量。因此这种仪器得到广泛的应用。 检测原理检测原理 色谱分析方法是利用色谱柱将混合物各组分分离开色谱分析方法是

11、利用色谱柱将混合物各组分分离开来，然后按各组分从色谱柱出现的先后顺序分别测来，然后按各组分从色谱柱出现的先后顺序分别测量，根据各组分出现的时间及测量值的大小可确定量，根据各组分出现的时间及测量值的大小可确定混合物的组成以及各组分的浓度。混合物的组成以及各组分的浓度。 固定相对某一组分的吸收能力越强，则流出柱口的固定相对某一组分的吸收能力越强，则流出柱口的时间越慢，如果在柱的出口处安装一个检测器，测时间越慢，如果在柱的出口处安装一个检测器，测出各组分的浓度，就可以得到一个色谱图。出各组分的浓度，就可以得到一个色谱图。模型演示色谱法根据固定相和流动相的不同，可分为：气液色谱气液色谱气固色谱气固色谱液液色谱液液色谱液固色谱液固色谱气相色谱（流动相为气体）气相色谱（流动相为气体）液相色谱（流动相为液体）液相色谱（流动相为液体）气相色谱柱气相色谱柱液相色谱柱液相色谱柱基线滞留时间死时间校正滞留时间峰高峰宽半峰宽峰面积分辨力定性分析 滞留时间方法滞留时间方法 加纯物质方法加纯物质方法 定量分析定量分析 定量进样法定量进样法 面积归一化法面积归一化法 外标法外标法 计算机自动分析计算机自动分析气相色谱仪用工作站气相色谱仪用工作