Méthode de fluorescence ultraviolette (UVF)

Table des matières

Principe de mesure

Qu'est-ce que la méthode de fluorescence ultraviolette (UVF) ?

La fluorescence est l'émission de lumière par une substance ayant absorbé de l'énergie lumineuse, comme les ultraviolets. Lorsqu'une molécule absorbe l'énergie lumineuse, elle entre dans un état instable et hautement énergétique (état excité) et, après avoir émis de la lumière, revient à son état énergétique initial (état fondamental).

Par exemple, si le composant mesuré est le dioxyde de soufre (SO₂) dans le gaz échantillon, l'irradiation du gaz échantillon avec des radiations ultraviolettes d'une longueur d'onde spécifique (190nm-230nm) provoquera une fluorescence. Lorsque les molécules de SO₂ sont irradiées avec des radiations UV, elles absorbent la radiation UV et passent à un état excité (SO₂ *) à un certain taux, et le SO₂ * retourne à l'état fondamental en émettant une radiation UV avec une longueur d'onde plus longue que celle de la radiation UV absorbée. (Équation 1)

Équation 1 : Réaction de fluorescence (pour SO₂)

(1) montre que SO₂ absorbe l'énergie hv1 de la radiation UV pour devenir un état excité, et
(2) montre que l'énergie hv2 de la radiation UV est émise lorsque le SO₂ * dans l'état excité revient à l'état fondamental.

Puisque la concentration de SO₂ est proportionnelle à l'intensité de fluorescence (240-420nm) causée par SO₂ *, la concentration de SO₂ est mesurée en détectant l'intensité de fluorescence.

Ce principe est utilisé pour la mesure continue de la concentration de dioxyde de soufre (SO₂) dans un gaz échantillon.
Les sections suivantes décrivent la mesure de la concentration de SO₂ dans un gaz échantillon en utilisant la fluorescence ultraviolette (UVF).

Structure et principes de fonctionnement d'un analyseur de gaz utilisant UVF

L'analyseur de gaz utilisant la fluorescence UVF fait passer un échantillon de gaz dans une cellule de fluorescence, et la fluorescence UV (Équation 1) causée par le rayonnement UV et le SO₂ dans la cellule de fluorescence est sélectivement transmise à travers un filtre optique et détectée par un photodétecteur pour mesurer la concentration de gaz (Figure 1).

Figure 1 : Structure et principes de fonctionnement d'un analyseur de gaz utilisant UVF

Structure et principe de fonctionnement d'un analyseur de gaz au dioxyde de soufre (SO ₂)

Cette section explique la construction et les principes de fonctionnement d'un analyseur de gaz qui mesure en continu le SO₂ dans l'air ambiant.

Un exemple de la structure globale de l'analyseur est montré dans la Figure 2. Une lampe au xénon est utilisée comme source de lumière UV. Afin de mesurer en continu la concentration de SO₂ avec une grande précision, l'analyseur intègre divers mécanismes pour réduire les facteurs d'erreur de mesure, y compris un détecteur pour compenser les variations d'intensité lumineuse de la lampe au xénon.

Figure 2 : Structure et principe de fonctionnement de l'analyseur de gaz à fluorescence UV

Le principe de fonctionnement est le suivant.

Le gaz échantillon est irradié avec de la lumière ultraviolette d'une longueur d'onde spécifique tout en s'écoulant à travers une cellule de fluorescence. En fonction de la concentration de SO₂ dans le gaz échantillon, l'absorption de la lumière UV change, et l'intensité de la lumière provenant de la fluorescence change également. La fluorescence entre dans le détecteur sous forme de lumière transmise sélectionnée par un filtre optique et est détectée par un photodétecteur (tube photomultiplicateur). Ce signal détecté est traité pour calculer la concentration de SO₂, mesurant ainsi en continu la concentration de SO₂ dans le gaz échantillon.

Réduction des facteurs influençant la mesure (Figure 3)

La mesure de la concentration de SO₂ avec UVF est influencée par l'intensité lumineuse réduite de la source de lumière UV et des hydrocarbures aromatiques spécifiques dans le gaz échantillon. L'analyseur utilisant UVF réduit ces facteurs d'influence par divers mécanismes et fonctions.

Figure 3 : Réduction des facteurs influençant la mesure.

Réduction de l'influence des sources de lumière ultraviolette

Pour provoquer une fluorescence suffisante même lorsque la concentration du gaz mesuré est faible, une lampe au xénon à haute luminance est utilisée comme source de lumière UV. La lampe au xénon émet de la lumière à différentes longueurs d'onde, donc si la lumière transmet la cellule de fluorescence telle quelle comme lumière d'excitation, la fluorescence autre que SO₂ transmettra également le détecteur et influencera la valeur de mesure. Comme contre-mesure contre cette influence, HORIBA utilise plusieurs filtres optiques réfléchissants pour sélectionner les longueurs d'onde nécessaires pour la lumière d'excitation. Étant donné que la quantité de lumière UV de la lampe au xénon est réduite par un éclairage prolongé, les variations d'intensité lumineuse sont mesurées avec un détecteur de compensation pour l'intensité lumineuse, et la concentration de SO₂ est corrigée en fonction du changement détecté.

Réduction de l'influence de la lumière parasite incidente pour le photodétecteur

La conception optique pour réduire la lumière parasite dans la cellule fluorescente réduit le bruit dans la mesure de fluorescence. La paroi intérieure de la cellule fluorescente est spécialement revêtue pour réduire la réflexion de la lumière d'excitation. Ces mesures réduisent la lumière parasite incidente sur le photodétecteur. De plus, le revêtement spécial sur la paroi intérieure de la cellule fluorescente empêche l'absorption de SO₂.

Réduction de l'influence des composants du gaz

Les hydrocarbures aromatiques tels que le toluène et le xylène, qui absorbent les UV et émettent de la fluorescence, influencent la mesure du SO₂. Pour réduire cette influence, ces gaz sont éliminés par une unité de suppression des hydrocarbures aromatiques avant que le gaz échantillon ne s'écoule vers la cellule fluorescente. De plus, un filtre optique qui transmet sélectivement la fluorescence du SO₂ est utilisé pour réduire l'influence de la fluorescence causée par d'autres gaz.

Comparaison avec la méthode d'absorption infrarouge non dispersive (NDIR)

HORIBA utilise soit la méthode de fluorescence ultraviolette (UVF) soit la méthode d'absorption infrarouge non dispersive (NDIR) comme méthode de mesure de l'analyseur pour mesurer le SO₂. HORIBA fournit les analyseurs optimaux pour le but d'utilisation et l'environnement d'exploitation en tirant parti des caractéristiques de chaque méthode. 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 de la méthode de fluorescence ultraviolette et de la méthode d'absorption infrarouge non dispersive (SO₂)

La méthode optimale est principalement sélectionnée en fonction de la plage de concentration de mesure de SO₂. Par exemple, lors de la mesure de SO₂ dans l'air ambiant, un analyseur UVF est utilisé, et lors de la mesure de SO₂ dans les gaz d'échappement, un analyseur NDIR est utilisé.

Produits

L'analyseur utilisant la méthode de fluorescence ultraviolette (UVF) est largement utilisé pour la mesure et la surveillance continues du dioxyde de soufre (SO₂), l'un des polluants de l'air ambiant. Il est également utilisé pour surveiller le dioxyde de soufre (SO₂), un polluant dans les salles blanches des semi-conducteurs.