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1、 在线气体分析仪的组成 由热导池、测量电路、电源控制器、温度 控制器、气体预处理系统等。 气体试样 气体试样预处理系统 氧含量检测技术 氧含量检测的特殊性和重要性 特殊性 不能用热导及红外检测 重要性 (1)加热炉、锅炉、窑炉等设备燃烧热效率控制，测量烟气 中的氧浓度； (2)测定易燃易爆气体的含氧量，确保安全生产； (3)通过含氧量分析,控制产品质量； (4)分析氧气纯度，保证设备的正常运转； (5)分析密闭空间大气中的含氧量,确保人身安全。 氧含量分析方法 物理分析法 热磁式 电化学法 氧化锆 二.热磁式检测技术 热磁式检测技术主要用来检测氧气的含 量,也可用来检测一氧化氮或二氧化氮的含量
2、 。 热磁式检测技术是利用氧气的顺磁性能 在磁场中产生热磁效应（热磁对流）,从而对 氧气进行连续分析。 1.检测原理 （1）气体磁化率 磁化强度J J=H 磁化率 :反映介质磁性的系数 顺磁性物质,在外界磁场中被吸引; 逆磁性物质,在外界磁场中被排斥。 氧的磁化率最大 ，其次一氧化氮和二氧化氮 混合气体磁化率为各组分磁化率的加权平均值 上式可近似 由于氧的磁化率最大，根据混合气体的磁化 率大小可判断氧含量的多少 气体的磁化率与温度关系居里定律 顺磁性气体的磁化率与压力成正比 ，与绝对温度的平方成反比。 即气体的磁化率的大小随温度升高 而急剧下降 （2）热磁对流 热磁对流的形成原理？ 顺磁性气体
3、在不均匀磁场中，当有温度 梯度时，则就会形成磁风，称其为热磁对流。 当气体的磁化率发生变化，将影响热磁对流的 大小。 利用热磁对流原理应用于混合气体中氧 气含量的测量。 热磁式氧含量检测原理 利用被测气体中待测组分(O2)磁化率比 其他气体高得多 (除NO、NO2外），其余 组分的磁化率近似相等,且很小，混合气体 的磁化率近似为氧的磁化率与它的浓度的 乘积，即 气体的磁化率随温度的升高急剧下降 居里定律 这就形成了热磁对流（磁风），磁风的 强弱由混合气体中含氧量的多少决定。 2.检测器（发送器） 作用：将被测气体中氧含量的变化转换 为热磁对流的变化，再将其转为电阻值的 变化。 类型： 3.测量
4、电路 4.热磁检测技术特点 结构简单,便于制造和调整；缺点是反应 慢,测量误差较大。 三、固态电解质气敏元件及成分检测 1、氧化锆固体电解质导电机理 传导氧离子的固体电解质称为氧离子 固体电解质 纯净的氧化锆（ZrO2）基本不导电 掺杂一些稀土氧化物（氧化钙或氧化 钇）后，具有高温导电性。 氧化锆固体电解质导电机理 Zr4+ O2- O2- Zr4+ O2- O2- Zr4+ O2- O2- O2- Ca2+ O2- Zr4+ O2- O2- Zr4+ O2- O2- O2- Zr4+ O2- O2- Ca2+ O2- Zr4+ Zr4+ O2- O2- Zr4+ O2- O2- Zr4+ O
5、2- O2- E 掺杂(CaO或Y2O3)后的ZrO2具有高温导电性,由于钙 离子和锆离子离子价不同,在晶体中形成许多氧空穴,如有 外加电场,形成氧离子占据空穴的定向运动而导电。温度 升高，导电性能增大。 2.氧化锆探头 氧化锆探头实物示意图 氧化锆探头原理示意图 浓侧 电极反应方程式 参比气体：空气 淡侧 被测气体 ZrO2氧浓差电势（能斯特方程） 若温度保持某一定值,选定一种参比气体氧含 量为已知的定值,则浓差电势大小与被测气体中氧 含量成单值函数关系。 探头核心部件是氧化锆管 具有恒温装置的氧化锆探头结构图 使用氧化锆探头时注意几个问题： 氧化锆探头应在恒定温度下工作或采取温度补偿 ；
6、为保证测量灵敏度，应选择合适的工作温度目前 氧化锆探头温度一般在800左右 ，而且T稳定； 应保证被测气体压力与参比气体压力相等，这样 它们的分压比才能代表上述两种气体的含量比； 由于氧浓差电池有使两测氧浓度趋于一致的倾向 ，因此被测气体与参比气体应具有一定的流速， 即氧化锆探头用在连续采样分析的场合。 3.氧化锆氧量变送器 E与CX非线性，为使输出电流与氧含量成线 性关系，因此考虑线性化环节。 实现方法： 在电路中改变放大倍数； 根据数学模型补偿。 浓差电势E与氧含量Cx关系为非线性 K型热电偶在650850 间温度T与热电势ET 之间的关系 T=24.09ET+272 浓差电势E为 氧含量
7、Cx为 具有非线性补偿的氧化锆原理方框图 三.红外线成分检测 红外线成分检测是根据气体对红外线的吸收 特性来检测混合气体中某一组分的含量。 属光学式分析法 主要分析对象: CO、CO2、CH4、C2H2、C2H4、NH3、SO2、NO 等 1.红外线及其特性 (1)什么是红外线? 电磁波 电磁波波谱 射线 x射线 紫外线 可见光 红外线 无线电波 可见光 0.40.76 m 红外线 0.761000 m 红外线 近红外 中红外 远红外 极远红外 (2)红外线特征 气体(大多数异核分子)对红外线选择性的 吸收,吸收能力随红外线波长不同而不同。 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
8、 气体吸收红外辐射后温度上升 ，若气体 的体积一定，则温度升高的同时，压力也增 加。 气体对红外线的吸收遵循朗伯-贝尔定律 2.检测原理 （1）基本原理 （图2-86） 分析CO2为例 红外线波长一般为310m 为什么要设置参比气室？ II II aabb 两种情况讨论： （1）背景气体吸收的红外线波长与待测气体吸收的 红外线波长不一样 （2）背景气体吸收的红外线波长与待测气体吸收的 红外线波长有部分重叠 干扰组分？ 如何减小干扰组分的影响？ 3.红外线气体分析仪的组成 （图2-89 p111） 光源（单光源、双光源） 反射镜，切光片作用 气室(包括:测量气室 参比气室 滤波气室) 上述这些气
9、室的作用? 红外探测器红外辐射量的变化转换成电 量的变化 红外探测器类型： 非选择性（光电导型、光生伏特型、热敏型） 选择性（薄膜电容型） 电气线路 四.色谱分析方法 概述 气相色谱分析是重要的近代分析手 段之一，是一种对多组分化合物进行分离和 分析的一种技术 可对被测样品进行全面的分析 鉴定混合物是由哪些组分组成，各组分 的含量是多少？ 气相色谱分析广泛用于石油、化工 、冶金、环境科学等领域 “色谱”一词的由来 俄国科学家对分离植物色素的实验，得 到不同颜色的谱带，把这种分析方法称为色 谱法。 玻璃管 色谱柱 玻璃管里的填充物（CaCO3） 固定相 冲洗液（石油醚） 流动相 1.检测原理 (
10、1)色谱分类 （2）气相色谱流程 （图见范玉久p314） 分离 色谱柱 分离是关键 对多组分的混合物 先分离 ，后检 测，再进行定性、定量分析 载气源 气路预处理系统 色谱柱 检测器 信号处理 显示 （3）检测原理 色谱分析方法是将混合物各组分分离开来， 依次流出色谱柱，然后按各组分出现的时间以及 测量值的大小可确定混合物的组成以及各组分的 浓度。 （图见2-92） 分离是关键 通过色谱柱完成 色谱法是利用色谱柱中固定相对被测样品中 各组分具有不同的吸收或溶解能力，使各组分在 两相中反复进行分配，分配的结果使各组分按照 一定的顺序流出色谱柱。 流动相：携带样品连续流过色谱柱 固定相：吸附或溶解
11、样品中各组分 （但对流动相不产生任何物理化学作用） 对气液色谱 在两相中的浓度之比分配系数 分离过程是组分在固定相表面溶解平 衡过程，所以气液色谱是不同的组分在两相 中具有不同的分配系数而达到分离的 2.气相色谱仪的构成及各部分的作用 以信号传递过程应包括: 气源及气路预处理系统 专用气源 载气 干燥、净化、流量稳定 进样装置 色谱柱 分离 检测器 检测经色谱柱分离后的各组分 含量 数据处理 显示 （2）进样装置 实验室用 手动进样 工业用 定量管进样（六通平面转阀图2- 94） 液体经汽化后进入到色谱柱 （3）色谱柱 作用：将被测组分的各组分进行分离。 色谱柱性能好坏，直接关系到分离效能好坏
12、 。 结构形式 填充式（气液）： 流动相：载气 固定相：固定液（液体石蜡、甘油、 聚乙二醇） 担体 支承固定液，扩大表面 积。（多孔性固体颗粒） 使用色谱柱需交代几个问题： 分析样品不同，应选择不同的色谱柱； 选择流动相 载气应不与样品及固定相发生作用（ 化学反应、溶解、吸附等）。 色谱柱温度（柱温） 色谱柱放置在恒温箱内，使色谱柱温度 恒定。根据各组分沸点选择合适的柱温。 （4）检测器： 热导检测器 热导检测原理？ 检测气体：载气+样品组分 满足一个条件：载气和样品组分的导热系数 有明显差别。 测量电桥见图2-95 测量桥臂与色谱柱出口相连，通入载气和样 品组分；参比桥臂通入载气。 测量电桥
13、输出反映载气中样品组分的浓度。 热导检测器在色谱仪中用得最广泛。 氢火焰检测器 分析大多数有机化合物，具有很高的灵 敏度，反应快，但通用性没有热导检测器 广。 氢火焰检测器是以氢气与空气燃烧为 能源，在火焰上下方放一对电极，并施加 一定电压，当检测的有机化合物进入火焰 时，生成许多离子对，在极化电压作用下 ，带电离子向两极定向运动，形成了电流 ，该电流的大小反映了组分的浓度。 （5）显示 记录 色谱流出曲线以谱图的形式记录 谱图色谱图 3.定性与定量分析 样品组分经过分离和检测后，在记录 仪上获得一张色谱流出曲线色谱图 如何利用色谱图确定各个组分的名称 及各个组分的含量，这就是定性和定量分 析
14、。 （1）色谱图及有关术语 1）基线 没有样品输入时，色谱仪的输出曲线。（ OT） 2）滞留时间（tr）从样品进入色谱柱到某组分的色 谱峰出现最大值时所经历的时间。 3）死时间（tr0）不被固定相吸附或溶解的气体（如 空气）从进入色谱柱到出现该峰的峰值所需的时 间。 死时间反映了色谱柱中空隙体积的大小。 4）校正滞留时间（ ） 5）峰高（h） 6）峰宽（W） 7）半峰宽（W1/2） 8）峰面积（A） 9）分辨力 （R） 分辨力反映相邻两组分分离好坏的指标。 （从色谱图上表现两个色谱峰是否重叠,重叠的程度 ） R 1.5 两组分完全分离 （2）定性分析判断样品中有哪些组分 1）滞留时间法根据滞留
15、时间辨别色谱图中 的色谱峰代表什么组分 依据：对于一定的色谱柱，操作条件一定时，各 组分的滞留时间是一定的，与该组分的浓度无关 ，与其他组分的存在也无关。 2）加入纯物质法 加入纯物质判断样品中是否含有该种纯物质。 （3）定量分析确定个组分在样品中所占的百分含量 1）定量进样法 mi：某组分的含量（mg或ml） m：样品总量（ mg或ml） 检测器对各组分的灵敏度 经推导 或 Si：色谱仪对该组分的灵敏度； f：记录仪转换系数 ； qv：载气流 量； ：组分i在载气中的浓度； v：记录仪走纸速度 灵敏度单位：mv.ml/mg 或 mv.ml/ml 定量进样法若已知进样量m、灵敏度及色谱 面积si，即可求某组分的含量ci。 2）面积归一化法 样品中各组分的灵敏度已知，且所有组分都出峰。 面积归一化法是最常用的一种简便而又准确的定量方法 。 若s1=s2= 则 3）外标法 外标法是配置已知浓度的标准样品进行色谱 分析，作出峰面积或峰高与组分含量关系的标准 曲线。 使用时分析样品与标准样品相同操作条 件，根据峰面积或峰高即可从标准曲线上查得该 组分的浓度。 Ai（hi） Ci% 组分1 组分2 组分3 4.色谱分析数据处理 色谱定量分析计算
