鐘捷（國家化學(xué)工業(yè)氣體產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心（福建） 350008）

引言

近年來，隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，各種安全事故發(fā)生的頻率也不斷升高。 煤礦企業(yè)生產(chǎn)中出現(xiàn)的瓦斯爆炸最常見也是造成危害最大的安全事故， 因此煤礦企業(yè)需要一套完善的氣體檢測設(shè)備來避免重大事故的發(fā)生。 在石油化工和防止瘟疫蔓延時也需要用到氣體檢測設(shè)備，比如檢測一氧化碳等。 因此，氣體檢測分析技術(shù)在許多行業(yè)中應(yīng)用廣泛， 對于保障人們的生產(chǎn)生活具有十分重要的意義。 目前，氣體檢測的方法有很多種，其中較為普遍的是采用紅外光譜技術(shù)進行氣體檢測分析。 它克服了傳統(tǒng)氣體檢測分析方法設(shè)備易老化，抗干擾能力弱的弊端，優(yōu)點是反應(yīng)速度快，測量結(jié)果真實可靠，因此具有良好的發(fā)展前景。

一、紅外光譜吸收原理

眾所周知，光是由許多單一顏色的光組成的，由此可知，紅外光是由許多處于紅外頻率以外的光組成的。 每種氣體都具有一種性質(zhì)：可以吸收對應(yīng)頻率的紅外光能量，氣體吸收紅外光能量中頻率最高的被稱為氣體的特征吸收頻率。 當光線穿透氣體時，氣體吸收特征頻率譜線光，導(dǎo)致光的能量下降。 研究表明，每種氣體在紅外輻射波段都有不同數(shù)目的特征吸收譜線。

由于特征頻率是由一定頻率范圍內(nèi)的光組成的， 因此特征吸收頻率具有一定的帶寬， 并且?guī)捴忻總€頻率被吸收的量不盡相同。 通過相應(yīng)的吸收模型和計算公式可以計算出紅外光線穿過氣體時被吸收能量的多少。 氣體的濃度變化、光線穿過氣體時所走的路程、光線能量衰減的程度，三者的關(guān)系符合光吸收基本定律。

二、紅外光譜技術(shù)的優(yōu)點

1、選擇性好

由于每種氣體都具有特定的紅外吸收頻率， 因此在檢測混合氣體時，由于各種氣體都具有各自的特征頻率光譜，彼此之間互相隔離，互不干擾，使檢測混合氣體中的某種特定的氣體成為可能。

2、反應(yīng)靈敏，可靠性高

采用傳統(tǒng)的檢測方法做氣體檢測時， 開啟檢測系統(tǒng)后往往無法直接工作，而是需要經(jīng)過一段比較長的預(yù)熱時間。 而采用紅外光譜技術(shù)的氣體檢測設(shè)備， 在開機后短時間內(nèi)就可以進行工作。 即使氣體濃度僅僅發(fā)生微小變化，它也可以及時檢測到，反應(yīng)十分靈敏。 在實際檢測過程中，基于某些檢測方法設(shè)計的檢測系統(tǒng)很容易因為設(shè)備發(fā)熱等因素， 導(dǎo)致測量的準確性和檢測出的數(shù)據(jù)不可靠。 而采用紅外光譜吸收技術(shù)設(shè)計的氣體檢測設(shè)備，由于它是通過光信號來工作的， 所以不會引起系統(tǒng)溫度升高等情況的出現(xiàn)，測量的數(shù)據(jù)不受干擾因素的影響，測量的穩(wěn)定性和可靠性較高。

3、安全性高，可操作性強

紅外光譜技術(shù)設(shè)計的檢測設(shè)備采用的是光信號， 與傳統(tǒng)設(shè)備采用電信號相比，在煤礦等易燃易爆氣體集聚的場合，不會引起氣體燃燒和爆炸等情況的發(fā)生，具有較高的防爆性和安全性。由于每種儀器都具有各自的適用范圍， 當氣體濃度超過一定數(shù)值時容易引起元件的老化和中毒等情況，使測量結(jié)果出現(xiàn)偏差。采用紅外光譜技術(shù)來檢測氣體，可以避免這些情況的出現(xiàn)。 而且采用紅外光譜技術(shù)產(chǎn)生的干擾信號弱，系統(tǒng)的信噪比較高。 除此之外，系統(tǒng)具有靈敏度自動補償功能和零點自動補償功能，因此不需要定時校準，可操作性較強。

三、紅外光譜檢測技術(shù)的應(yīng)用

紅外光譜技術(shù)在氣體檢測分析中的應(yīng)用已經(jīng)有很長的歷史了，應(yīng)用的效果也非常好，目前采用的比較多的氣體檢測方式有以下幾種。

1、直接吸收光譜技術(shù)

直接吸收光譜技術(shù)應(yīng)用時間比較早，應(yīng)用范圍比較廣。 它是以朗伯比爾定律為原理研制出的檢測方法。 由于氣體與光發(fā)生作用的路徑長度與氣體對光的吸收成正比關(guān)系。 因此，光和氣體作用的路徑越長，被氣體吸收的光就會越多，探測的反應(yīng)就會越快，測量的結(jié)果也更加可靠。 隨著研究的進一步深入，直接吸收光譜技術(shù)從剛開始使用的單程光，逐漸發(fā)展到后來使用雙光程，到現(xiàn)在使用具有多次反射能力的長光程。 多光程氣室分為懷特氣室、赫里歐氣室和散射反射鏡多光程氣室三種。 多反射長光程氣室可以產(chǎn)生幾百次反射， 得到的光程長度從幾十米到幾公里不等。 在這樣的光程下，探測靈敏度得到進一步提升。

2、光聲光譜技術(shù)

光聲光譜技術(shù)的原理是氣體在吸收光輻射的過程中會產(chǎn)生聲學(xué)波，它是根據(jù)光聲效應(yīng)開發(fā)出來的檢測技術(shù)，所以可以利用它來檢測氣體。 與其它的紅外光譜技術(shù)不同的是，光聲光譜技術(shù)是一個間接的檢測技術(shù)，它不直對整個過程進行檢測，而是探測氣體在吸收光的過程中引起的溫度和壓力的變化。 由于氣體在吸收光的過程中，氣體的溫度會發(fā)生變化，從而導(dǎo)致壓力的變化或產(chǎn)生聲學(xué)波， 光聲光譜技術(shù)可以利用這些因素的變化達到檢測氣體的目的。

結(jié)語

采用紅外光譜技術(shù)檢測分析氣體， 克服了常規(guī)儀器容易受外界環(huán)境干擾，儀器元件容易老化等不足之處，具有選擇性好、反應(yīng)靈敏、可靠性強、安全性高、可操作性強等優(yōu)點。 相信隨著研究的不斷深入，紅外光譜技術(shù)具有的這些優(yōu)點，會使它在氣體檢測分析中的應(yīng)用前景更加廣闊。

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