非分散红外吸收法(NDIR)

 

目录


测量原理

什么是非分散红外吸收法(NDIR)?

非分散红外吸收(NDIR)是一种利用分子红外吸收特性的检测方法。该方法用于测量具有红外活性吸收特性的各类气体组分浓度。

分子具有选择性吸收特定波长光线的固有特性。例如,红苹果呈现红色是因为其表面吸收了除红色光以外的其他波长光线,并反射红色波长的光线。这种现象同样存在于红外辐射中,该原理被广泛应用于气体组分浓度测量。当分子吸收红外辐射时,其温度会随之升高。不同分子吸收的红外辐射波长各不相同(就像指纹一样,每种分子都具有特定的波长吸收特征)。

非分光红外吸收法(NDIR)正是利用这一特性,该术语也早已成为行业标准。红外辐射根据波长可分为近红外线、中红外线和远红外线。NDIR 采用波长范围在 2.5-25μm 中红外波段的辐射来测量气体组分浓度。

非分散式红外测量法利用红外光源发射的中红外特定波长进行检测。某些气体不吸收红外辐射,例如氮气(N 2 )就无法通过红外吸收原理测量,需采用其他测量原理的气体分析仪进行检测。

采用 NDIR 技术的气体分析仪测量原理

图 1:NDIR 气体分析仪基本结构(以 CO 2 测量为例)

采用 NDIR 技术的气体分析仪测量原理

该分析仪使样气流入气室,通过红外光源进行浓度检测。红外辐射穿过气室中的样气时,被气体吸收的辐射量与样气浓度成正比,这一关系由检测器捕获(图 1)。

不同气体分子会吸收不同波长的红外线(如图 2 所示)。通过测量与气体浓度成比例的特定红外波长的吸收量,即可确定样本气体中存在"何种气体分子"及其"浓度"。在图 1 中,一氧化碳检测仪测量的是 CO 2 气体中的一氧化碳含量。

图 2:气体的红外吸收波长与吸收量

根据气体分子种类的不同,可能出现吸收红外波长范围重叠的现象(如图 2 所示)。这种现象称为气体干扰。

图 3:气体浓度与红外吸收量关系

红外线吸收量与气体浓度成正比,浓度越低吸收量越小,浓度越高吸收量越大(图 3)。

红外线吸收量与气体浓度之间的关系由朗伯-比尔定律决定。

朗伯-比尔定律

红外线吸收量与气体分子的浓度成正比。 这一关系由朗伯-比尔定律表述。

      Ι = Ι0exp (-μcd)

Ι  : 透射光强度
Ι0 : 入射光强度
c : 吸收分子浓度(被测组分)
μ : 吸收系数(由分子和波长决定的常数)
d : 吸收分子层(气体层)的厚度

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