紅外分析儀簡(jiǎn)介

紅外分析儀的原理

儀表部：陳丙力紅外分析儀的原理紅外光的能量與分子振蕩的能量相當(dāng)。近紅外區(qū)光譜：0.78-2.5um。中紅外區(qū)光譜：2.5-40um。遠(yuǎn)紅外區(qū)光譜：40-1000um。在分子中，根據(jù)量子力學(xué)理論，分子中存在電子能級(jí)和分子內(nèi)原子間的振動(dòng)和整個(gè)分子轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)。當(dāng)電子能級(jí)和振動(dòng)-轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)發(fā)生躍遷時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生分子吸收光譜或分子發(fā)射光譜，表現(xiàn)為帶狀光譜。如果分子的能級(jí)由基態(tài)躍遷至激發(fā)態(tài)，產(chǎn)生吸收光譜：反之產(chǎn)生發(fā)射光譜。紅外分析儀的原理電子能級(jí)躍遷吸收光譜位于紫外和可見(jiàn)光波段，（200-780）nm.1-20eV分子內(nèi)原子間的振動(dòng)能級(jí)發(fā)生躍遷時(shí)吸收光譜位于近紅外和中紅外波段（780nm-25um）。0.05-1eV.紅外吸收光譜也稱(chēng)為分子震動(dòng)光譜。整個(gè)分子轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)發(fā)生躍遷時(shí)，吸收光譜位于遠(yuǎn)紅外和微波波段（25-10000）um。0.001-0.05eV電磁波頻譜光譜區(qū)域波數(shù)(cm-1)電子激發(fā)電子躍遷分子躍遷分子轉(zhuǎn)動(dòng)106105103102104107101X-射線紫外線紅外線微波14,2854,000400100近紅外中紅外遠(yuǎn)紅外Absorbance弱強(qiáng)紅外分析儀的原理分子不同能級(jí)間的躍遷，產(chǎn)生不同的分子吸收或發(fā)射光譜。振動(dòng)能級(jí)躍遷所產(chǎn)生的電磁波譜處于中紅外光譜區(qū)。當(dāng)特定的波長(zhǎng)的紅外光與分子相遇時(shí)，如果光與分子不發(fā)生相互作用，則光隨即通過(guò)該物質(zhì)，不產(chǎn)生吸收光譜：N2SymmetricalHomonuclearMolecule: dm/dx=0NoIRAbsorptionTransparentl=2-25μm紅外分析儀的原理如果光與分子以特定的方式發(fā)生相互作用，則物質(zhì)吸收該波長(zhǎng)的光。產(chǎn)生吸收光譜。這是我們稱(chēng)之為紅外活性。HCll=3.4μm紅外分析儀的原理l=4.7μmCO紅外分析儀的原理將雙原子紅外活性分子看作是振動(dòng)偶極子當(dāng)光子與樣品中的分子相互作用時(shí)，會(huì)產(chǎn)生兩種結(jié)果。1，光子的震動(dòng)頻率與分子的振動(dòng)頻率不匹配。2，光子的頻率與分子的振動(dòng)頻率相互匹配，此時(shí)分子就吸收光子的能量，使偶極子的振幅增大頻率不變。分子振動(dòng)分子是由原子組成的氫和氧原子水分子分子振動(dòng):伸縮振動(dòng)和彎曲振動(dòng)對(duì)稱(chēng)振動(dòng)H-O-H不對(duì)稱(chēng)H-O-H彎曲振動(dòng)H-O-H分子振動(dòng)在通常情況下，分子大多處于基態(tài)振動(dòng)，分子吸收紅外光從基態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài)所產(chǎn)生的吸收帶稱(chēng)為基頻吸收帶。由基態(tài)到第二，第三，第四…..激發(fā)態(tài)的躍遷所產(chǎn)生的吸收帶成為第一，第二，第三……泛頻吸收帶。如果從基態(tài)同時(shí)躍遷到多個(gè)第一激發(fā)態(tài)，所產(chǎn)生的吸收帶稱(chēng)為組頻吸收帶。幾種氣體分子的特征吸收波長(zhǎng)分子式吸收峰波長(zhǎng)UMCO2.374.65CO22.74.2614.5CH43.37.65C2H43.455.3710.5NH310.4NO5.2SO27.3H2O2.02.8紅外分析儀的原理非分光技術(shù)其測(cè)量是基于在2.5－8UM中紅外光譜區(qū)域特殊氣體的不同原子的分子健間的諧振吸收。被測(cè)量的各種氣體依靠特定的吸收健來(lái)區(qū)分。每一氣體有自己的吸收光譜。即（指紋）。以下氣體無(wú)自己的吸收光譜：?jiǎn)卧臃肿樱缍栊詺怏w。對(duì)稱(chēng)氣體，如H2,O2,N2。這種氣體無(wú)法用紅外測(cè)量。郎伯比爾定律：紅外分析儀的原理A吸收的光能。I0進(jìn)入測(cè)量池的光能。I1離開(kāi)測(cè)量池的光能。ε(λ)樣品組分的消光系數(shù)。Ρ樣品組分的濃度。L樣品池的長(zhǎng)度。紅外分析儀的分類(lèi)按紅外光譜的特性分類(lèi)：1，分光型紅外分析（色散型）。優(yōu)點(diǎn)：選擇性好，靈敏度較高。缺點(diǎn)：分光后，光束能量?。╨imas11,multiwave)。2，非分光型紅外分析儀（非色散型）。靈敏度更高，信/噪比高，穩(wěn)定性好。缺點(diǎn)：吸收峰有重疊。(Uras14,Uras26).按檢測(cè)器分類(lèi)：1，薄膜電容檢測(cè)器。2，微流量檢測(cè)器。3，半導(dǎo)體檢測(cè)器。紅外分析儀的分類(lèi)按光學(xué)系統(tǒng)分：?jiǎn)喂饴罚篗ultiwave,Limas11.雙光路：uras14.uras26紅外分析儀的組成調(diào)制單元。光源。切光片。切光馬達(dá)。氣室。標(biāo)定池。檢測(cè)器。加熱器。壓力傳感器。PowermoduleIRModuleboard.SensorCPUSysconboard。Uras14DiagramEMEMADSensorelectronic-boardSystemcontrollerRS232μPInternalBusSoftwaree.g.1.3.2DetectorspecificdatesEEPROMSensorCPU-boardAD60°CSensorTemp.FuseHeater1.3.2.調(diào)制單元調(diào)制單元位置：附于主架上。結(jié)構(gòu)：1接受盤(pán)，2一個(gè)或兩個(gè)光源，3切光片，4切光片和切光馬達(dá)的連接，5電路板（光源電源接頭，同步馬達(dá)接頭，光柵。），6用以密封光源和調(diào)制單元的O型圈）。功能：計(jì)算機(jī)控制同步馬達(dá)驅(qū)動(dòng)切光片，切光片交替的覆蓋測(cè)量和參比氣室。光線在每一周內(nèi)交替的通過(guò)測(cè)量和參比氣室各兩次，紅外檢測(cè)器的信號(hào)通過(guò)安裝在馬達(dá)驅(qū)動(dòng)軸上的標(biāo)桿切割光柵來(lái)排列。通過(guò)把光調(diào)制，使測(cè)量信號(hào)更加穩(wěn)定。調(diào)制單元光圈位置：光圈和其調(diào)節(jié)螺釘位于氣室和調(diào)制單元之間的主架上。結(jié)構(gòu)：主架上通常安裝有兩個(gè)光圈。調(diào)節(jié)螺釘驅(qū)動(dòng)其水平方向移動(dòng)。功能：光圈起遮光器的作用。用以調(diào)節(jié)光路平衡。光圈光源紅外光源：按類(lèi)型分類(lèi)，單光源（ABB和SIEMENS)和雙光源.按發(fā)光體分類(lèi)，陶瓷光源（ABB)，合金絲光源。激光光源（成本高，壽命短）。ABB光源是陶瓷光源，拋物面反射體，壽命長(zhǎng)，密封隔爆。為增長(zhǎng)壽命，內(nèi)部填充特殊氣體。光源光源切光片切光片，把光源的光變成斷續(xù)的光，對(duì)紅外光進(jìn)行調(diào)制，使檢測(cè)器信號(hào)成為交流信號(hào)，便于放大器放大，可以改善檢測(cè)器的響應(yīng)時(shí)間特性。兩個(gè)內(nèi)圈用于透過(guò)參比光，兩個(gè)外圈用于透過(guò)測(cè)量光。切光片切光馬達(dá)切光馬達(dá)切光馬達(dá)，頻率7.3Hz.頻率增高，靈敏度降低，原因：在一個(gè)周期內(nèi)，接收到的輻射能減少，另外，氣體的熱量及壓力傳遞跟不上輻射能的變化。氣室位置：位于帶有調(diào)制單元的主架和檢測(cè)器或校驗(yàn)單元之間。結(jié)構(gòu)：鋁管,分兩種類(lèi)型。1化學(xué)拋光，2鍍金。鋁管中間有隔墻沿縱向把它一分為二。兩端用紅外窗口密封。一側(cè)為參比側(cè)（充氮?dú)猓耆芊猓?。，一?cè)為測(cè)量側(cè)，參比側(cè)充入氮?dú)?。窗口材料（氟化鈣）要求有良好的透射性能，不分光，不反射。要有一定的機(jī)械強(qiáng)度。不易破裂，不怕潮濕，能經(jīng)受溫度變化。對(duì)介質(zhì)有良好的化學(xué)穩(wěn)定性。氣室功能：1理想的光反射，2防腐蝕，3化學(xué)拋光氣室提供較高的信號(hào)穩(wěn)定性，尤其是用于煙氣的測(cè)量，4反射特性在調(diào)柱平衡時(shí)給與糾正。5對(duì)于特殊的應(yīng)用有特殊的氣室。如流動(dòng)參比氣室，帶慮波器的氣室（濾波氣室充有干擾氣體）。。氣室清理：拆下氣室，對(duì)著陽(yáng)光觀察參比和測(cè)量側(cè)，比較兩側(cè)是否接近，如果污染較嚴(yán)重，需要清洗，一般用，蒸餾水，酒精，丙酮等。癥狀：偏移量太高。漂移較大。靈敏度降低。氣室

氣室

氣室氣室氣室氣室濾波氣室位置：安裝于氣室和檢測(cè)器之間或氣室和標(biāo)定池之間。結(jié)構(gòu)：濾波氣室是鍍金管，參比和測(cè)量由隔板分開(kāi)，兩側(cè)由紅外透光窗口分開(kāi)。兩個(gè)定位銷(xiāo)用于濾波氣室的定位。功能：在測(cè)量和參比兩側(cè)，分別填充干擾氣體。其吸收干擾范圍的部分紅外光。銳減交叉靈敏度。濾波氣室光學(xué)濾波器位置：根據(jù)測(cè)量任務(wù)，光學(xué)濾波器出于如下位置。1位于氣室和紅外檢測(cè)器之間，2位于兩個(gè)紅外檢測(cè)器之間，3位于標(biāo)定單元和紅外檢測(cè)器之間。結(jié)構(gòu)：濾光片緊錮在金屬圈中。安裝位置不同，金屬圈也不同。功能：通過(guò)安裝干擾濾波器，去掉干擾重疊部分的光譜。根據(jù)應(yīng)用，此濾波器只允許一定波長(zhǎng)范圍的光通過(guò)。主要用于SO2,NO,N2O,CnHm.光學(xué)濾波器標(biāo)定池標(biāo)定池位置：是一個(gè)可選部件，安裝于氣室和檢測(cè)器之間，靠馬達(dá)來(lái)驅(qū)動(dòng)。結(jié)構(gòu)：其有四個(gè)氣室，三個(gè)充氮?dú)?，一個(gè)充測(cè)試氣。功能：其用于標(biāo)定量程，標(biāo)定時(shí)要通零點(diǎn)氣，如果一個(gè)光路有兩個(gè)檢測(cè)器，那么測(cè)試氣要混合填充。標(biāo)定池標(biāo)定池標(biāo)定池標(biāo)定池的測(cè)試：目測(cè)，在正常測(cè)量和零點(diǎn)校驗(yàn)單元的滑塊位于低位置。量程校準(zhǔn)時(shí)把它移到高位置。檢測(cè)器位置：位于氣室的末端。根據(jù)應(yīng)用，可以安裝1-4個(gè)檢測(cè)器，每一光路最多可以安裝兩個(gè)檢測(cè)器。結(jié)構(gòu)：薄膜電容檢測(cè)器：又稱(chēng)薄膜微音器，由金屬薄膜動(dòng)極和定極組成電容器，當(dāng)接收氣室的壓力受紅外輻射能的影響而變化時(shí)，推動(dòng)動(dòng)片相對(duì)于定片移動(dòng)，把被測(cè)組分的變化轉(zhuǎn)化為電容量的變化。ABB檢測(cè)器有兩個(gè)氣室，內(nèi)部填充被測(cè)氣體，氣室是串聯(lián)性的，它有兩大優(yōu)點(diǎn)：零點(diǎn)穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)。預(yù)放大器和其在一起，測(cè)溫元件在預(yù)放大器中，用以溫度補(bǔ)償。當(dāng)有多個(gè)檢測(cè)器時(shí)只有第一個(gè)檢測(cè)器的測(cè)溫元件被使用。有3個(gè)跨接線，分別為X1,X3,X10.檢測(cè)器功能:光線進(jìn)入檢測(cè)器被所添充的氣體吸收，通過(guò)分子碰撞把熱能迅速轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫?。壓力的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娙莸淖兓?。通過(guò)高阻抗電路放大產(chǎn)生相應(yīng)的MV信號(hào)，150V直流供電，主要的吸收發(fā)生在前室，在后室吸收兩側(cè)的光，這部分光與干擾組分疊加產(chǎn)生交叉靈敏度，較長(zhǎng)的后室厚度吸收大部分的干擾光，其產(chǎn)生的壓力正好與前室的相反，能夠抵消一定數(shù)量的交叉靈敏度。特點(diǎn)：溫度變化影響小，選擇性好，靈敏度高。缺點(diǎn)：薄膜易受機(jī)械震動(dòng)的影響，調(diào)制頻率不能提高。檢測(cè)器ABB檢測(cè)器是薄膜電容檢測(cè)器。微流量檢測(cè)器其測(cè)量微小氣流，其傳感元件是兩個(gè)微型熱絲電阻，和另外兩個(gè)組成會(huì)斯通電橋，熱絲電阻通電加熱到一定溫度。當(dāng)有氣體流過(guò)時(shí)，帶走部分熱量，使熱絲元件冷卻，電阻變化，通過(guò)電橋轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。熱絲原件有兩種，一種是柵狀鎳絲電阻，建成鎳格柵(Siemens120度)，它是把很細(xì)的鎳斯編織成柵欄狀，這種熱絲垂直裝配于氣路中，為流量從格柵中間通過(guò)。另一種是鉑絲電阻，在云母片上用超微技術(shù)，光刻上很細(xì)的鉑絲制成，這種鉑絲電阻平行裝配于氣路通道中，為流量從其表面通過(guò)。特點(diǎn)：耐震性能好。微流量檢測(cè)器Siemens采用這一技術(shù)。三明制的層狀設(shè)計(jì)1mm2米面積內(nèi)分布24根熱絲最小的交變流量不使用膜式傳感器-

微流量檢測(cè)器0,15mm1mm2氣流R1R2R2R4R1R3微流量檢測(cè)器特點(diǎn):無(wú)可動(dòng)部件–沒(méi)有可磨損的東西沒(méi)有麥克風(fēng)效應(yīng)將流量線性地轉(zhuǎn)化為電信號(hào)溫度調(diào)節(jié)電路板位置：位于紅外主架上。結(jié)構(gòu)：本電路板有兩個(gè)加熱電阻，溫度傳感器（NTC)焊接到電纜上，一個(gè)電纜連接到位于護(hù)罩上的附加加熱器。熱熔短絲被卡子封于主架里。功能：溫度調(diào)節(jié)電路板用于控制光學(xué)部件的溫度，尤其是氣室，優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在以下方面：1把溫度的影響減少到最小，2小量程測(cè)量，3減少其他外部原因產(chǎn)生的漂移。溫度一般設(shè)定為55度，熱熔短絲為85度。溫度調(diào)節(jié)電路板測(cè)溫元件的測(cè)試：從Sensorcpu板上的X8拔下4針插頭，測(cè)量黃線和綠線，在25度時(shí)是10K歐姆。在55度實(shí)施3K歐姆。熱熔斷絲的側(cè)試：測(cè)量其電阻為連續(xù)值。溫度調(diào)節(jié)電路板補(bǔ)充加熱器罩熱熔斷器壓力傳感器位置：根據(jù)分析模塊的不同配置，壓力傳感器安裝于不同的位置。結(jié)構(gòu)：壓力傳感器位于一塊電路板上，其連接到紅外板上。功能：壓力傳感器測(cè)量樣品池的壓力，一般連接在樣器排出口上。用于測(cè)量信號(hào)的壓力修正。作為可選項(xiàng)，壓力傳感器也可用于外部壓力的測(cè)量。1絕壓傳感器，2工作范圍700-1300mba。3需要偏差校正。壓力傳感器壓力傳感器X2連接到模件板。A連接氣體的入口，B對(duì)大氣。電源1IR模件板位置：位于分析器模塊旁邊，插在SensorCpu板上。結(jié)構(gòu)：板的背面有三個(gè)多針連接器，用于電源和信號(hào)連接。有兩個(gè)插座用于連接帶狀電纜到光學(xué)部件。功能：其有如下功能，1四通道用以連接最多可能4個(gè)檢測(cè)器，2為薄膜電容提供150伏直流電源，3為光路1和光路2供電，4為切光馬達(dá)供電，5光柵信號(hào)，6為標(biāo)定池馬達(dá)供電。IR模件板Sensorcpu板位置：位于分析器模塊旁邊，插在IR板上。結(jié)構(gòu)：用于信號(hào)處理，和IR板通過(guò)三個(gè)多針連接器連接在一起，還有五個(gè)插頭用于中央的和外圍的功能。功能：其有下列功能。1，用于模塊處理和控制的處理器。2，A/D轉(zhuǎn)換器。3，多路器變量。4，內(nèi)部的樣品預(yù)處理控制。5，氧傳感器信號(hào)處理。6，15和24伏直流電源。7，產(chǎn)生復(fù)位。8，內(nèi)部總線控制。Sensorcpu板Sensorcpu板SysconboardSysconboard1EXC0746924ExchangeSyscon2incl.CompactFlashcardRAMSYSCONBOARDEXC0746728ExchangeSyscon1SYSCONBOARDSysconboardEXC0769065Exchange-kit,incl.1xSyscon21xRAM1xCompactFlashcard1xAnalogoutputmodule1xDigitalI/Omodule2xConnectorsmountedoncarrier1xIdentificationplate1xInstallationinstructionincl.manuals+softwareCaution!OnlyavailableifSyscon1willgetbyreturndelivery!SYSCONBOARDSYSCONBOARD0769065Replacementkit,incl.1xSyscon21xRAM1xCompactFlashcard1xAnalogoutputmodule1xDigitalI/Omodule2xConnectorsmountedoncarrierSYSCONBOARD0746924Syscon2incl.CompactFlashcard+RAMDIGITALBOARD990056Digitalmodulesetincl.DigitalI/Omodule,connectorsmallpartsformounting,installationinstructionANALOGBOARD990055Analogoutputmoduleset,incl.Analogoutputmoduleconnectorsmallpartsformounting,installationinstructionModbusmodule990054Modbusmoduleset,incl.Modbusmodulesmallpartsformounting,installationinstructionProfibusmodule990057Profibusmoduleset,incl.Profibusmodule,smallpartsformounting,installationinstructionRAM0746929RAMCompactFlashcard0746930CompactFlashcardwithbasicinitializationforAO2000連接電纜位置：連接在紅外板和光學(xué)部件之間。種類(lèi)：1，五十帶狀電纜，IR模件板-IR部件。2，四針接頭，Sensorcpu–溫度控制電路板。3，四針接頭，光源電路板-光源。4，24V插頭，連接盤(pán)-Sensorcpu板。（僅用于外部電源）5，總線連接，連接盤(pán)-Sensorcpu板。（僅用于外部總線）6，20針帶狀電纜，IR模件板-IR3，4檢測(cè)器。7，26針帶狀電纜，Sensorcpu板-內(nèi)部啟動(dòng)模塊獲O2Sensor。故障處理狀態(tài)信息：過(guò)程狀態(tài)信息，有關(guān)測(cè)量值和分析儀監(jiān)測(cè)到的過(guò)程信息。1超出量程范圍（大于+130%或小于-100%測(cè)量范圍，組分值閃爍，產(chǎn)生報(bào)警信息，但不寫(xiě)入記事本。2超出報(bào)警限。在數(shù)字輸出板產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。系統(tǒng)狀態(tài)信息，有關(guān)分析儀自身的信息。1由分析儀產(chǎn)生的（a,系統(tǒng)控制器。b，分析模塊。c，氣動(dòng)模塊。d，溫度和壓力調(diào)節(jié)器。e，輸入輸出板）。2外圍設(shè)備產(chǎn)生的（a