Metoda niedyspersyjnej absorpcji w ultrafiolecie (NDUV)

Spis treści

Zasada Pomiaru

Czym jest metoda niedyspersyjnej absorpcji promieniowania ultrafioletowego (UV) (NDUV)?

Metoda niedyspersyjnej absorpcji promieniowania ultrafioletowego (NDUV) to metoda wykorzystująca absorpcję molekularną promieniowania ultrafioletowego. W szczególności, ponieważ ozon (O₃) absorbuje promieniowanie UV o określonej długości fali, metoda ta może być stosowana do pomiaru gazu O₃. Ponieważ O₃ ma maksymalne pasmo absorpcji w obszarze ultrafioletu przy 253,7 nm, ta długość fali jest używana do pomiaru jego stężenia. Poniższa sekcja wyjaśnia pomiar O₃ w próbce gazu za pomocą NDUV.

Zasada Pomiaru w analizatorze gazu wykorzystującym NDUV

Rysunek 1: Podstawowa struktura analizatora gazu wykorzystującego NDUV.

Światło ultrafioletowe o określonej długości fali (światło padające) ze źródła światła UV jest absorbowane przez O₃ w próbce gazu wprowadzonej do kuwety pomiarowej. Ilość pochłoniętego światła oznacza się poprzez pomiar fotodetektorem promieniowania UV selektywnie przepuszczanego przez filtr optyczny. Zgodnie z prawem Lamberta-Beera dla pomiaru fotodetektora obliczane jest stężenie O₃ w próbce gazu. (Rysunek 1)

Zależność między absorpcją promieniowania UV a stężeniem gazu jest określona przez prawo Lamberta-Beera.

Prawo Lambert-Beer

Wielkość absorpcji padającego światła zmienia się w zależności od stężenia cząsteczek absorbujących. Zależność ta jest wyrażona przez prawo Lamberta-Beera.

Ι = Ι0exp (-μcd)

Ι: Natężenie światła przechodzącego
Ι₀: Natężenie światła padającego
c: Stężenie cząsteczek absorbujących (składnik mierzony)
μ: Współczynnik absorpcji (stały określony przez cząsteczkę i długość fali)
d: Grubość warstwy cząsteczki absorbującej (warstwa gazu)

Struktura i zasada działania analizatora gazów opartego na absorpcji UV

Analizator wykorzystujący NDUV nazywany jest analizatorem gazu z absorpcją UV. Ma prostą konstrukcję, jest łatwy w utrzymaniu i ma cechy odpowiednie do ciągłego pomiaru, dlatego jest używany do pomiaru O₃.

Rysunek 2: Struktura i zasada działania analizatora gazu absorpcyjnego UV

Struktura i zasada działania analizatora gazów opartego na absorpcji UV

Gdy światło UV (światło padające) jest stale emitowane, podczas gdy próbka gazu przepływa przez komorę gazową, O₃ w próbce gazu absorbuje światło UV proporcjonalnie do stężenia ozonu w gazie. Wraz ze wzrostem stężenia O₃ wzrasta również ilość pochłoniętego promieniowania UV w komorze gazowej. Światło UV zaabsorbowane w komorze gazowej jest separowane przez filtr optyczny i przesyłane do detektora. To transmitowane światło jest wykrywane przez fotodetektor (fotodiodę), a stężenie O₃ w próbce gazu jest stale mierzone przez przetwarzanie tego sygnału.

Metoda modulacji krzyżowej z gazem referencyjnym, który jest generowany przez usunięcie O₃ z próbki gazu, poprawia odporność na zakłócenia sygnału detekcji i zmniejsza efekt zmniejszenia natężenia światła źródła światła UV.

Metoda modulacji krzyżowej

Metoda modulacji krzyżowej to modulacja z okresowym przełączaniem gazów w kuwecie pomiarowej przez zespół zaworu elektromagnetycznego. W metodzie modulacji krzyżowej gaz próbki i gaz odniesienia są naprzemiennie przełączane przez zespół zaworu elektromagnetycznego i wprowadzane do komory gazowej w regularnych odstępach czasu w celu modulacji sygnału detektora. Dzięki zastosowaniu tego modulowanego sygnału detekcji, szumy są redukowane i możliwy jest bardzo dokładny ciągły pomiar gazu. Punkt zerowy analizatora jest stabilny, ponieważ gaz referencyjny, który nie zawiera mierzonego składnika, jest zawsze mierzony jako gaz o zerowym stężeniu.

Budowa i zasada działania analizatora ozonu (O₃)

Właściwa metoda modulacji krzyżowej wykorzystuje zespół zaworu elektromagnetycznego do mechanizmu przełączającego (mechanizmu modulacji) do naprzemiennego przepływu próbki gazu i gazu odniesienia do jednej celi gazowej. Gaz odniesienia wpływający do celi gazowej jest wytwarzany przez usunięcie O₃ z próbki gazu za pomocą rozkładacza ozonu. (Rysunek 3)

Rysunek 3: Budowa i zasada działania analizatora gazów ozonu (O₃)

Dzięki NDUV z modulacją krzyżową, promieniowanie UV wykryte przez fotodetektor jest dzielone na sygnał zmienny AC (modulowany) i sygnał stały DC w procesie przetwarzania sygnału. Sygnał AC jest wzmacniany jako stężenie O₃ i obliczane jest jego stężenie. Zastosowanie sygnału modulowanego poprawia odporność sygnału detekcji na zakłócenia.

Sygnał DC, który jest proporcjonalny do intensywności źródła światła UV, służy do kompensacji spadku intensywności źródła światła UV spowodowanego starzeniem się. W rezultacie punkty zerowe i zakresowe analizatora są stabilne przez długi okres czasu.
Analizator gazów wykorzystujący NDUV stabilnie i w sposób ciągły może mierzyć stężenie O₃ w próbce gazu za pomocą tych struktur i operacji.

Produkty powiązane

Gazowy analizator absorpcyjny UV jest szeroko stosowany do ciągłego pomiaru i monitorowania O₃, który jest głównym czynnikiem przyczyniającym się do powstawania smogu fotochemicznego. Jest również używany do monitorowania O₃ występującego jako zanieczyszczenia w czystych pomieszczeniach półprzewodnikowych.