Méthode d'absorption infrarouge non dispersive (NDIR)

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Principe de mesure

Qu'est-ce que la méthode d'absorption infrarouge non dispersive (NDIR) ?

L'absorption infrarouge non dispersive (NDIR) est une méthode utilisant l'absorption infrarouge des molécules. Cette méthode est utilisée pour mesurer la concentration de divers composants gazeux qui absorbent activement l'infrarouge.

Les molécules ont la capacité intrinsèque d'absorber sélectivement la lumière à des longueurs d'onde spécifiques. Par exemple, une pomme rouge apparaît rouge car sa surface absorbe la lumière d'autres longueurs d'onde que le rouge et, inversement, réfléchit la lumière de longueurs d'onde rouges. C'est ce qui se produit dans le rayonnement infrarouge, largement utilisé pour mesurer la concentration des composants gazeux. Lorsqu'un rayonnement infrarouge est absorbé par une molécule, il augmente sa température. La longueur d'onde du rayonnement infrarouge absorbé varie selon la molécule (comme une empreinte digitale, son profil de longueur d'onde est spécifique à chaque molécule).

Non-dispersive infrared absorption method (NDIR) utilizes this property, the term NDIR has also been long established. Infrared radiation is classified into near-infrared rays, mid-infrared rays, and far-infrared rays corresponding to wavelength. NDIR uses infrared radiation containing wavelengths in mid-infrared radiation of 2.5-25μm to measure the concentration of gas components.

Un type non dispersif est une méthode de mesure qui utilise une longueur d'onde spécifique de rayonnement infrarouge dans l'infrarouge moyen émis par une source de lumière infrarouge. Certains gaz n'absorbent pas le rayonnement infrarouge. Par exemple, l'azote (N₂) n'absorbe pas le rayonnement infrarouge, il est donc mesuré par un analyseur de gaz utilisant un principe de mesure différent.

Principe de mesure de l'analyseur de gaz utilisant NDIR

Figure 1 : Structure de base d'un analyseur de gaz utilisant NDIR (par exemple, pour mesurer le CO dans le CO₂)

L'analyseur de gaz utilisant une source de lumière infrarouge mesure la concentration de gaz en faisant circuler un échantillon de gaz dans une cellule à gaz. Le rayonnement infrarouge traverse le gaz dans la cellule et le rayonnement infrarouge absorbé par le gaz dans la cellule correspond à la concentration de gaz détectée par le détecteur (figure 1).

Différentes molécules de gaz ont différentes longueurs d'onde infrarouges qui sont absorbées (Figure 2). En mesurant la quantité d'absorption pour une longueur d'onde infrarouge spécifique proportionnelle à la concentration de chaque gaz, il est possible de déterminer "quelles molécules de gaz" et "à quelle concentration" elles sont présentes dans le gaz échantillon. Dans la Figure 1, un détecteur de CO mesure le gaz CO dans le gaz CO₂.

Figure 2 : Longueurs d'onde et quantités d'absorption infrarouge pour les gaz

Selon les molécules de gaz, des longueurs d'ondes infrarouges superposées et absorbées peuvent se produire (figure 2). C'est ce qu'on appelle l'interférence gazeuse.

Figure 3 : Relation entre la concentration de gaz et la quantité d'absorption infrarouge

La quantité d’absorption du rayonnement infrarouge est proportionnelle à la concentration du gaz, plus petite pour les concentrations plus faibles et plus grande pour les concentrations plus élevées (Figure 3).

La relation entre la quantité d’absorption infrarouge et la concentration de gaz est déterminée par la loi de Lambert-Beer.

loi de Lambert-Beer

L'absorption infrarouge dépend de la concentration en molécules de gaz absorbantes. Cette relation est exprimée par la loi de Lambert-Beer.

I = I ₀ exp (-μcd)

Ι : Intensité de la lumière transmise
Ι ₀: Intensité de la lumière incidente
c : Concentration des molécules absorbantes (composant mesuré)
μ : Coefficient d'absorption (constante déterminée par la molécule et la longueur d'onde)
d : Épaisseur de la couche de molécules absorbantes (couche de gaz)

Structure et principe de fonctionnement d'un analyseur de gaz utilisant NDIR❯

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