[發(fā)明專利]一種光譜儀的三氣室切換裝置及氣體在線光譜測試方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410097985.4
• 申請日: 2014-03-17
• 公開（公告）號: CN103900961A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 湯曉君;程剛;寇福林;張徐梁;劉君華
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: G01N21/01
• 分類號: G01N21/01;G01N21/31
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 徐文權(quán)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于氣體成分及濃度的光譜在線分析領(lǐng)域，具體涉及一種光譜儀的三氣室切換裝置及氣體在線光譜測試方法。

背景技術(shù)

傅里葉變換紅外光譜法可以實現(xiàn)幾乎所有極性氣體的定量分析，且紅外光譜儀工作過程中不消耗任何材料，不帶來任何污染，稱之為“綠色”儀器。隨著計算機技術(shù)，數(shù)據(jù)分析處理技術(shù)的發(fā)展，近年來，紅外光譜儀已開始應(yīng)用于氣體成分及濃度的在線分析領(lǐng)域。但由于在光譜分辨率較高、掃描次數(shù)較多時，光譜掃描時間較長。例如，光譜分辨率為1cm^-1，掃描次數(shù)為8時，得到一張光譜圖所需時間約為50秒。若分辨率提高到0.5cm^-1，掃描次數(shù)增加到32，獲得一張光譜圖則需要400秒的時間。氣體在線分析過程中，待分析氣體中的組分及其濃度是時刻都在變化的。由于紅外光譜的獲取方法是先獲取背景光譜，然后獲得吸收光譜，再用吸收光譜除以背景光譜得到的，這個過程的前提是被分析氣體成分及其濃度不變。顯然，如果只采用一個測量氣室進行氣體的光譜在線分析，而且氣體一直處于流動狀態(tài)，則這個前提是不成立的。于是，在光譜掃描過程中，由于氣體濃度的變化，每次得到的光譜干涉圖并非相同氣體組分及相同濃度情況下的干涉圖的均值，致使得到的光譜不穩(wěn)定，甚至是畸變的，從而使得光譜分析結(jié)果出現(xiàn)較大的偏差，特別是在待分析混合氣中存在吸收光譜嚴重交疊的情況下，尤其嚴重。例如，某種氣體在獲取光譜過程中，其濃度從1000×10^-6上升到4500×10^-6，一共掃描了8次。假定每次掃描過程中，氣體濃度是不變的，因此8次掃描的過程中，氣體濃度分別為1000×10^-6、1500×10^-6、2000×10^-6、2500×10^-6、3000×10^-6、3500×10^-6、4000×10^-6、4500×10^-6。假定光譜中有兩條波長分別為λ₁和λ₂的譜線對這種氣體的吸光率分別為0.1cm^-1/%、0.2cm^-1/%，氣室光程為10cm，于是，兩條譜線的透射率分別為：

T₁=(exp(-0.1×0.1×10)+exp(-0.15×0.1×10)+exp(-0.2×0.1×10)+exp(-0.25×0.1×10)+exp(-0.3×0.1×10)+exp(-0.35×0.1×10)+exp(-0.4×0.1×10)+exp(-0.45×0.1×10))/8=0.7646

T₁=(exp(-0.1×0.2×10)+exp(-0.15×0.2×10)+exp(-0.2×0.2×10)+exp(-0.25×0.2×10)+exp(-0.3×0.2×10)+exp(-0.35×0.2×10)+exp(-0.4×0.2×10)+exp(-0.45×0.2×10))/8=0.5922

相應(yīng)的吸光度分別為0.1166和0.2275，兩者的比值為0.2275/0.1166=1.9516。根據(jù)Lambert-Beer紅外吸收定理，同一種氣體在兩條不同波長譜線處的吸光度的比值應(yīng)等于其吸光率的比值，明顯地，這個比值小于其相應(yīng)吸光率的比值2。因此，要減小因掃描過程中氣體濃度發(fā)生變化給光譜帶來的影響，提高氣體分析結(jié)果的準確度，需要保證掃描過程中氣體的濃度維持不變。

常規(guī)的光譜儀只有一個測量氣室，在氣體的光譜在線分析過程中，要保證掃描過程中氣室中的氣體濃度維持不變，可以在掃描光譜的過程中切斷氣室的氣路，使得在該過程中氣室內(nèi)的氣體不再更新，等到光譜掃描結(jié)束后，再重新切入氣路，使得氣室中的氣體得到更新。明顯地，氣室中氣體的更新需要一個過程，因此在氣室切入氣路后，不能馬上掃描光譜，需等到氣室中氣體全部更新后才能掃描光譜，因此，這種方法導(dǎo)致氣體的在線分析實時性差。