Méthode de chimiluminescence

Table des matières

• Qu'est-ce que la méthode de chimiluminescence ?
• Structure et principes de fonctionnement d'un analyseur de gaz utilisant la méthode de chimiluminescence
• Structure et principe de fonctionnement d'un analyseur de gaz d'oxyde d'azote (NOx)
• Réduction des facteurs influençant la mesure
• Comparaison avec la méthode d'absorption infrarouge non dispersive (NDIR)
• Mesure du gaz Ammoniac (NH₃)
• Produits

La chimiluminescence est un phénomène dans lequel les molécules excitées par une réaction chimique émettent de l'énergie d'excitation sous forme de lumière lorsqu'elles reviennent à leur état fondamental.

Par exemple, lorsque le monoxyde d'azote (NO) réagit avec l'ozone (O₃) et est oxydé, le NO se transforme en dioxyde d'azote (NO₂). Le NO₂ résultant passe à un état excité (NO₂) à un taux fixe et émet à une longueur d'onde spécifique lorsqu'il revient à l'état fondamental de NO₂. (Équation 1)

Équation 1 : Chimiluminescence avec une réaction chimique

Ce principe est utilisé pour la mesure de concentration continue des oxydes d'azote (NOx : NO + NO₂), NO, NO₂ et de l'ammoniac (NH₃) dans des gaz échantillons.

Dans un analyseur de gaz utilisant la méthode de chimiluminescence, le gaz échantillon et O₃ entrent dans une cellule de réaction, et la lumière émise par NO₂ * causée par la réaction  (Équation 1) entre NO dans le gaz échantillon et O₃ est transmise à travers le filtre optique et est détectée par un photodétecteur pour mesurer la concentration de NO. (Figure 1)

Figure 1 : Structure et principe de fonctionnement d'un analyseur de gaz utilisant la méthode de chimioluminescence.

Cette section explique les principes de fonctionnement de la méthode de chimiluminescence en mettant l'accent sur le déroulement des réactions chimiques dans la cellule de réaction pour mesurer la concentration de NO dans le gaz échantillon à titre d'exemple.

Le gaz échantillon et O₃ entrent dans la cellule de réaction et sont mélangés. (Figure 2-1)

Une partie du composant gazeux dans l'échantillon de gaz oxydé émet une lumière d'une longueur d'onde spécifique pour chaque composant gazeux correspondant à la concentration de gaz par la réaction chimique illustrée dans l'équation 1. (Figure 2-2)
Le filtre optique sélectionne la lumière par chimiluminescence pour le composant mesuré (NO), qui pénètre dans le photodétecteur et est détecté. La concentration en NO du composant mesuré dans l'échantillon de gaz peut être mesurée en continu grâce au signal du photodétecteur de traitement.

Après émission de lumière, tout le NO présent dans le gaz échantillon est à l'état fondamental NO2 (Figure 2-3).
s la méthode de chimiluminescence, l'O ₃ doit être fourni à une concentration suffisante avec un débit approprié pour oxyder complètement le NO en composant mesuré.

Figures 2-1, 2-2 et 2-3 Principe de fonctionnement d'un analyseur de gaz NO utilisant la méthode de chimioluminescence.

HORIBA fournit des analyseurs de gaz qui utilisent la méthode de chimiluminescence pour mesurer en continu les concentrations d'oxydes d'azote (NOx : NO + NO₂), NO, NO₂ et d'ammoniac (NH₃), qui sont des polluants dans l'air ambiant et les gaz d'échappement. Cette section explique la structure et les principes de fonctionnement de l'analyseur, qui mesure en continu NOx, NO, NO₂ dans l'air ambiant.

Structure et principe de fonctionnement d'un analyseur de gaz d'oxyde d'azote (NOx)

La structure générale de l'analyseur est montrée dans la Figure 3. NO₂ n'émet pas de lumière par la méthode de chimiluminescence, donc NO₂ dans le gaz échantillon est converti en NO à travers un convertisseur utilisant un catalyseur pour la mesure. (Figure 3)

Ligne A : pour la mesure du NOx Ligne B : pour la mesure du NO Ligne C : pour la comparaison du point zéro (*)
La séquence de commutation de ligne est A, B, C, etc.

Figure 3 : Analyseur de NOx utilisant la méthode de chimiluminescence (analyseur à 3 composants pour NOx, NO₂ et NO)

Les concentrations de NOx (NO + NO₂) et de NO sont mesurées respectivement en faisant alternativement passer le gaz à travers un convertisseur (ligne A) et le gaz échantillon (ligne B) dans la cellule de réaction en commutant les lignes avec des vannes solénoïdes. NO₂ est calculé à partir de la différence entre ces deux concentrations. (Figure 3, Lignes A et B)

Afin de garantir une mesure stable et fiable à long terme, un gaz de comparaison du point zéro exempt de NO est introduit périodiquement dans la cellule de réaction, et le point zéro est surveillé en permanence afin de réduire la dérive du point zéro (*). Ce gaz de comparaison du point zéro utilise les gaz d'échappement exempts de NO de la cellule du réacteur ; aucun équipement spécialisé n'est donc nécessaire pour sa génération.

De plus, ces gaz sont introduits dans la même cellule de réaction et détectés par le même photodétecteur grâce à la fonction de commutation de l'électrovanne. Ainsi, les variations de sensibilité de la cellule de réaction et du photodétecteur au fil du temps, etc., se reflètent également dans la détection de ces gaz, ce qui minimise finalement la différence de sensibilité aux NO et aux NOx.

*) La dérive du point zéro se produit lorsque le point zéro d'un analyseur se décale progressivement dans une direction en raison de la température, du vieillissement ou d'autres facteurs. La surveillance d'un écart du point zéro à l'aide d'un gaz de comparaison permet de réduire l'influence de cette dérive.

La méthode de chimiluminescence est influencée par la luminescence de gaz autres que le composant mesuré et par le quenching dû à l'humidité ou au dioxyde de carbone (CO₂) dans le gaz échantillon. Les mesures pour réduire ces influences sont les suivantes.

Réduction des influences de la chimioluminescence par d'autres composants gazeux

Lorsque un gaz échantillon contient des composants gazeux tels que H₂ S qui émettent par chimiluminescence avec O₃, un filtre optique est utilisé pour transmettre uniquement la lumière de longueur d'onde spécifique de chimiluminescence par NO avec O₃, réduisant ainsi l'influence d'autres gaz sur la chimiluminescence. (Figure 1)

Réduction de l'humidité et des influences de l'extinction du CO ₂​

Lorsque l'humidité est contenue dans le gaz échantillon ou O₃, le NO₂ excité dans la cellule de réaction entre en collision avec l'humidité et perd l'énergie d'excitation du NO, un phénomène appelé quenching se produit, ce qui influence la mesure. L'humidité et le CO ₂ provoquent généralement un quenching. Si le gaz échantillon ou O₃ contient une grande quantité d'humidité, un déshumidificateur est utilisé pour l'éliminer. Si une forte concentration de CO₂ existe dans le gaz échantillon, le gaz échantillon est dilué et acheminé vers l'analyseur pour réduire l'influence du quenching.

HORIBA utilise soit la méthode de chimiluminescence, soit la méthode d'absorption infrarouge non dispersif (NDIR) comme méthode de mesure de l'analyseur pour mesurer les NOx, NO et NO₂. HORIBA fournit des analyseurs optimaux pour répondre à des besoins et des conditions d'exploitation spécifiques, en capitalisant sur les attributs distinctifs de chaque méthode analytique. Cette section résume les caractéristiques des deux méthodes. (Tableau 1)

Pour plus d'informations sur l'absorption infrarouge non dispersive (NDIR), cliquez ici.

Ce tableau est une comparaison de nos produits.

Tableau 1 : Comparaison des méthodes de chimiluminescence et d'absorption infrarouge non dispersive (NOx, NO et NO₂)

Mesure du gaz ammoniac (NH₃)