红外气体分析器

    ◇ 石油、化工、发电厂、冶金焦碳等工业过程控制
    ◇ 大气及污染源排放监测等环保领域
    ◇ 饭店、大型会议中心等公共场所的空气监测
    ◇ 农业、医疗卫生和科研等领域
    例如：（1）合成氨流程的醇化塔进（出）口，用红外气体分析器分析CO和CO2；（2）甲醇生产流程的脱碳工段，用红外气体分析器分析CO和CO2；（3）环保排放监测，用红外气体分析器分析SO2和NOx。

    红外气体分析器由光学部件和测量电路构成，测量电路的结构由光学部件及系统功能决定。光学部件通常由红外辐射光源、通过样气的测量气室、红外检测器等构成，通常称为红外三大部件。
    1 红外辐射光源
    在线红外气体分析器主要使用广谱（宽谱）光源。广谱光源的光谱覆盖波长从1μm到15～20μm，通常使用范围为2-12um。宽谱光源的谱带宽度通常在几个微米，如2～5μm就是其中的一种。
    （1）连续光源
    发出的光能量是连续不断的。由电机带动的切光片对光线调制，产生特定频率的红外辐射光。
    采用同步电机作为切光电机的分析器要求电源频率在较窄范围，如50±0.5Hz，超出规定的范围，会产生电源频率影响误差。
    （2）断续光源
    发出的光能量是随时间变化的，例如脉冲光源。通过控制输入光源的电信号（电压或电流）的频率，可以产生特定频率的红外辐射光。
    2 气室
    抽取式测量的红外仪器需要气室，而原位式和开放式红外气体分析器可以不需要气室。双光路分析器的气室分为测量气室和参比气室，测量气室连续地通过待测样气，参比气室完全密封并充有中性气体（多为N2）。单光路分析器的气室只有测量气室，没有参比气室。
    3 红外检测器
    红外气体分析器的检测器用于检测通过气室的红外光能，检测器分为两种类型：气动检测器和固体检测器。气动检测器主要有薄膜微音检测器和微流量检测器；固体检测器主要有光电导检测器、热释电检测器和热电堆检测器。

    1 吸收光谱法
    当分子从外界吸收电磁辐射能时，电子、原子、分子受到激发，会从较低能级跃迁到较高能级，跃迁前后的能量之差为：
    E2 － E1 = hv
    式中 E2,E1-分别表示较高能级和较低能级(跃迁前后的能级)的能量；v-辐射光的频率；h-普朗克常数，4.136×10-15eV·s 。
    当某一波长电磁辐射的能量E恰好等于某两个能级的能量之差E2－E1时，便会被某种粒子吸收并产生相应的能级跃迁，该电磁辐射的波长和频率称为某种粒子的特征吸收波长和特征吸收频率。
    振动能级的基频位于中红外波段，近红外波段主要是各种基团振动的倍频和合频吸收。中红外吸收能力强，灵敏度高；近红外吸收弱，灵敏度低。
    气体的吸收光谱是由许多带宽很窄的吸收线组成的吸收带，用高精度的分光仪检测可以展开成独立的吸收峰。
    2 朗伯－比尔定律
    当红外线波长与被测气体吸收谱线相吻合时，红外能量被吸收。红外光线穿过被测气体后的光强衰减满足朗伯-比尔(Lambert-Beer)定律：
    式中和分别表示红外频率为的光线入射时和经过压力、浓度和光程的气体后的光强，表示气体吸收谱线的谱线强度，线形函数表征该吸收谱线的形状。当气体的吸收较小（吸收率低、浓度低或光程较短），可用公式(2)来近似表达气体的吸收。这些关系表明气体浓度越大，对光的衰减也越大。因此，可通过测量气体对红外光线的衰减来测量气体浓度。
    为了保证读数呈线性关系，当待测组分浓度大时，分析器的测量气室较短，最短的为0.3mm；当浓度低时，测量气室较长，最长的为＞200mm。经吸收后剩余的光能用红外检测器检测。