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1、关于气体成分分析第1页，讲稿共29张，创作于星期二 9-1 CO、CO2的测量方法方法 不分光红外吸收法不分光红外吸收法 电导法电导法 气相色谱法气相色谱法 间接原子吸收法间接原子吸收法一、不分光吸收式红外线气体分析器一、不分光吸收式红外线气体分析器1.原理原理被测气体对红外光的特征吸收进行定量分析被测气体对红外光的特征吸收进行定量分析被测气体被测气体气室气室被测组分被测组分CO或或CO2 吸收特征波长吸收特征波长 光辐射。光辐射。(特征波长照射特征波长照射)吸收光能的多少被测气体组分浓度吸收光能的多少被测气体组分浓度气室第2页，讲稿共29张，创作于星期二I透射的特征波长红外光强度透射的特征波
2、长红外光强度Io入射的特征波长红外光强度入射的特征波长红外光强度K被测组分对特征波长的吸收系数被测组分对特征波长的吸收系数L入射光透过被测样品的光程入射光透过被测样品的光程C样品中被测组分的浓度样品中被测组分的浓度在红外气体分析器中在红外气体分析器中：红外辐射光源的入射强度不变红外辐射光源的入射强度不变 Io=cost红外线透过被测样品的光程不变红外线透过被测样品的光程不变L=cost对待测的特征组分、吸收系数不变对待测的特征组分、吸收系数不变K=cost I=f(C)比尔定律第3页，讲稿共29张，创作于星期二组成：组成：红外光源、切光器、气室、光检测器、电子线路红外光源、切光器、气室、光检测
3、器、电子线路第4页，讲稿共29张，创作于星期二镍锘丝加热至6001000C辐射红外光分成平行光切光片滤波室测量室参比气室吸收部分特征光光强减弱接收室放大与显示第5页，讲稿共29张，创作于星期二1）金属薄膜（动片）金属薄膜（动片11）将接吸室内的空腔分成容积相等的两）将接吸室内的空腔分成容积相等的两个接吸室个接吸室内充满等浓度的内充满等浓度的CO气体气体2）容量）容量侧固定一圆形金属片（定片侧固定一圆形金属片（定片10）组成电容器组成电容器 未测量时，红外光束射入接收室后，被其中未测量时，红外光束射入接收室后，被其中COCO吸收，使气体吸收，使气体T T内部压力内部压力。两边压力相等、动片薄膜维
4、持在平衡位置。两边压力相等、动片薄膜维持在平衡位置。测量气室中有待测组分时测量气室中有待测组分时吸收接收室的红外光吸收接收室的红外光这边的这边的温度降低，压力减小温度降低，压力减小金属薄膜偏面固定金属片一方金属薄膜偏面固定金属片一方 电容器两极间距离变化电容器两极间距离变化电容量变化电容量变化原理原理利用待测组分的变化利用待测组分的变化 引起电容量变化来测引起电容量变化来测 量待测组分的浓度。量待测组分的浓度。光检测器光检测器薄膜电容微音器薄膜电容微音器第6页，讲稿共29张，创作于星期二DD薄膜动极与固定电极间距离薄膜动极与固定电极间距离KK比例系数比例系数 气体介电常数气体介电常数 FF电容
5、极板面积电容极板面积二、电导法一氧化碳气体分析器二、电导法一氧化碳气体分析器（1 1）工作原理）工作原理：用测定溶液电导的方法来测定物质量：用测定溶液电导的方法来测定物质量电解值溶液中插入一对电极，并外接电源。则电解值溶液中插入一对电极，并外接电源。则 GG电导电导 FF电极面积电极面积 LL两极间距离两极间距离 r r 溶液电导率溶液电导率第7页，讲稿共29张，创作于星期二当量电导当量电导：1克当量电解液全部放在相距克当量电解液全部放在相距1cm的两电极间所得的的两电极间所得的电导电导电导率与当量电导的关系电导率与当量电导的关系C溶液的当量浓度溶液的当量浓度确定的电极体系：确定的电极体系：L
6、、F固定不变固定不变较窄浓度范围内：较窄浓度范围内：设设 K电极常数电极常数令令 测出测出GC第8页，讲稿共29张，创作于星期二C与与G关系：关系：b与所选电导值有关的常数与所选电导值有关的常数（2）CO气体分析仪原理气体分析仪原理 2NaOH+CO2=Na2CO3+H2OOH的当量电导的当量电导CO3的当量电导的当量电导吸收吸收CO2后，原后，原NaOH溶液的电导下降溶液的电导下降测出测出NaOH溶液电导改变溶液电导改变CO2量量CO量量（3）组成）组成取样系统、分析器、测量显示部分取样系统、分析器、测量显示部分第9页，讲稿共29张，创作于星期二被分析气样被分析气样初步处理初步处理I2O5氧
7、化炉氧化炉产生产生CO2、I2硫脲过滤器硫脲过滤器 流量计流量计与参比电导池来与参比电导池来的电导液按一定比例混合的电导液按一定比例混合CO2被吸收被吸收残余气体残余气体排空排空测量电导池测出由测量电导池测出由CO2而降低的电导率而降低的电导率第10页，讲稿共29张，创作于星期二溶液再生器（溶液再生器（15）作用：）作用：仪器在工作过程中，消耗溶液中的氢氧化纳，为使仪仪器在工作过程中，消耗溶液中的氢氧化纳，为使仪器长期稳定工作，需要不断更新电导液。器长期稳定工作，需要不断更新电导液。用强碱性阴离子交换树脂除去碳酸根用强碱性阴离子交换树脂除去碳酸根电导液再生。电导液再生。9-2 SO2的测量的测
8、量方法：方法：库仑滴定法、电导法、紫外荧光法、分光光度库仑滴定法、电导法、紫外荧光法、分光光度法、火焰光度法等。法、火焰光度法等。一、库仑滴定法一、库仑滴定法一种建立在电解基础上的分析方法一种建立在电解基础上的分析方法1.原理原理：试液中加入适当物质，以一定强度的恒量电流进：试液中加入适当物质，以一定强度的恒量电流进行电解行电解工作电极上产生工作电极上产生试剂（滴定剂）试剂（滴定剂）第11页，讲稿共29张，创作于星期二2.SO2分析仪分析仪组成：恒流电源、库伦池、测量显示部分组成：恒流电源、库伦池、测量显示部分试剂试剂被测物质被测物质 定量反应定量反应 反应终点（电化学方法指示）反应终点（电化
9、学方法指示）库伦法必要条件库伦法必要条件：在电极上只发生所需求的电解氧化：在电极上只发生所需求的电解氧化 反应，而不发生其他任何副作用反应，而不发生其他任何副作用1 1）库仑池）库仑池铂丝阳极、铂网阴极、活性碳参比电极铂丝阳极、铂网阴极、活性碳参比电极 及碱性典化钾溶液及碱性典化钾溶液第12页，讲稿共29张，创作于星期二2）工作过程）工作过程a.电流电流阳极阳极 阴极阴极b.参比电极参比电极 负载电阻负载电阻b.阴极电位阴极电位=参比电极电位参比电极电位+负载上的压降负载上的压降在这样电位差下，阳极只能氧化溶液中的碘离子得到碘在这样电位差下，阳极只能氧化溶液中的碘离子得到碘分子分子 第13页，
10、讲稿共29张，创作于星期二抽入库仑池的气体带动电解液在池中循环，碘分子抽入库仑池的气体带动电解液在池中循环，碘分子阴极后还原阴极后还原碘离子碘离子c.如进入库仑池气样中不包含如进入库仑池气样中不包含SO2，且无其它化学反应，且无其它化学反应当碘浓度达到动态平衡后：当碘浓度达到动态平衡后：阳极氧化的碘阳极氧化的碘=阴极还原的碘阴极还原的碘即即I阳极阳极=I阴阴参比电极无参比电极无I2 d.气样中含有气样中含有SO2则则每个每个SO2分子分子 消耗消耗1个个I2 少一个碘分子到达阴极，阴极少一个碘分子到达阴极，阴极将少给出将少给出2个电子个电子阴极的阴极的I2浓度浓度I阴极阴极第14页，讲稿共29
11、张，创作于星期二e.为维持电极间氧化还原平衡，参考电极上的碳还原作为维持电极间氧化还原平衡，参考电极上的碳还原作用给出两个电子。用给出两个电子。SO2 消耗I2 I2 参比参比I则参比电极电流和则参比电极电流和SO2量间量间关系为：关系为：P 每秒进入库仑池的每秒进入库仑池的SO2量量IR参比电极电流参比电极电流MSO2分子量分子量N参加反应的每个参加反应的每个SO2分子的电子变化数分子的电子变化数设进入库仑池的流量为设进入库仑池的流量为 气样中气样中SO2浓度为浓度为 则每秒进入库仑池的则每秒进入库仑池的SO2量为量为第15页，讲稿共29张，创作于星期二若若 则则参比电流增加参比电流增加1u
12、A气样中气样中0.08mg/m3的的SO2浓度。浓度。二、电导法二、电导法1.原理原理：溶液中电导率与溶液中电解质的浓度有关：溶液中电导率与溶液中电解质的浓度有关2.r电导率电导率3.c浓度浓度m、b常数常数当浓度极低时：当浓度极低时：而电导与电导率：而电导与电导率：第16页，讲稿共29张，创作于星期二G溶液电导溶液电导K电极电导池常数电极电导池常数K与电极面积和极间距离有关，当电导池的几何参数与电极面积和极间距离有关，当电导池的几何参数固定时，固定时，k=const 测量电导测量电导C2.过程过程（1）过氧化氢水溶液吸收）过氧化氢水溶液吸收SO2H4SO4（2）吸收液电导率（与）吸收液电导率
13、（与SO2含量有关）含量有关）（3）测量吸收液吸收）测量吸收液吸收SO2前后电导率前后电导率 SO2浓度浓度 3.测量仪的组成测量仪的组成 第17页，讲稿共29张，创作于星期二（1）参比电导池）参比电导池2测量空白吸收液电导率测量空白吸收液电导率K（2）测量电导池）测量电导池5测量吸收测量吸收SO2后吸收率后吸收率K2三、紫外荧光法三、紫外荧光法荧光荧光 某些物质受到紫外光照射时，各自吸收一定某些物质受到紫外光照射时，各自吸收一定波长的光之后，发射出比照射光波波长更长的光。而紫波长的光之后，发射出比照射光波波长更长的光。而紫外光停止照射后，这种光也随之消失。外光停止照射后，这种光也随之消失。第
14、18页，讲稿共29张，创作于星期二1.原理原理紫外光紫外光 SO2 荧光荧光荧光强弱荧光强弱=f f(SO2)（1）比尔定律）比尔定律：I 透射光强度透射光强度Io入射光强度入射光强度c 被测物质浓度被测物质浓度ll透过层厚度透过层厚度k k被测物质摩尔吸光系数被测物质摩尔吸光系数（2）吸收光量）吸收光量（3）荧光强度与被吸收光量以及荧光效率成正比）荧光强度与被吸收光量以及荧光效率成正比 F荧光强度荧光强度第19页，讲稿共29张，创作于星期二（4）荧光物质浓度很稀时）荧光物质浓度很稀时被吸收光被吸收光总量总量2%，且，且k k lc0.05 K测量荧光装置的几何结构因素测量荧光装置的几何结构因
15、素2.荧光法测定荧光法测定SO2的主要干扰的主要干扰（1）水分）水分：i）SO2可溶于水造成损失可溶于水造成损失 ii）SO2遇水产生荧光猝灭遇水产生荧光猝灭造成负误差造成负误差 措施：半透膜渗透法措施：半透膜渗透法 反应室加热法反应室加热法（2）芳香烃化合物）芳香烃化合物：在：在190230mm紫外光激发下也能发射紫外光激发下也能发射荧光荧光造成误差造成误差 措施：装有特殊吸附剂的过滤预先除去。措施：装有特殊吸附剂的过滤预先除去。第20页，讲稿共29张，创作于星期二3.荧光分析仪荧光分析仪组成：气路，荧光计组成：气路，荧光计（1）气样）气样除尘过滤器除尘过滤器 采样阀采样阀渗透膜除水器渗透膜
16、除水器除烃器除烃器荧光反应室荧光反应室3流量计流量计排出。排出。（2）紫外光源）紫外光源激发光滤光片激发光滤光片5反应室反应室3 SO2分子分子激发产生荧光激发产生荧光发射光滤光片发射光滤光片6光电倍增管光电倍增管 7电电子放大子放大8指示表指示表9第21页，讲稿共29张，创作于星期二 9-3 氧量的测量氧量的测量氧化锆：氧化锆：ZrO2金属氧化物陶瓷材料金属氧化物陶瓷材料（1）常温下）常温下单斜晶体结构，单斜晶体结构，T1500时时立方晶体，立方晶体，体积体积7%收缩。收缩。（2）温度）温度反方向相变反方向相变单斜晶体单斜晶体氧化锆晶体随温度变化是不稳定的，反复冷却，加热氧化锆晶体随温度变化
17、是不稳定的，反复冷却，加热 ZrO2会断裂会断裂因此因此，在，在ZrO2中加入少量中加入少量CaO、Y2O3（氧化钇）稀（氧化钇）稀土氧化物作稳定剂土氧化物作稳定剂 不随温度变化的稳定的立方晶体不随温度变化的稳定的立方晶体但钙，钇化合价与锆不同，一个钙离子只与一个氧离子结合，但钙，钇化合价与锆不同，一个钙离子只与一个氧离子结合，晶体中就会留下一个氧离子空穴。晶体中就会留下一个氧离子空穴。第22页，讲稿共29张，创作于星期二一、氧化锆氧量计的工作原理一、氧化锆氧量计的工作原理 以氧化锆作固体电解质，并加入一定量的氧化钙以氧化锆作固体电解质，并加入一定量的氧化钙CaO或或 氧化钇（氧化钇（Y2O3
18、）形状形状圆管状，管内外壁各烧结一层多孔柏金属圆管状，管内外壁各烧结一层多孔柏金属 电极电极高温下的电介质两侧氧浓度不同时高温下的电介质两侧氧浓度不同时浓差电势浓差电势电势电势两两侧氧浓度侧氧浓度如一侧氧固定如一侧氧固定测量输出电势测量输出电势另一侧氧含量另一侧氧含量浓差电势的形成：浓差电势的形成：第23页，讲稿共29张，创作于星期二（1）氧化锆管外侧）氧化锆管外侧被测气体：被测气体：氧分压：氧分压：P1氧浓度氧浓度 （2）氧化锆管内侧）氧化锆管内侧空气空气参比气体参比气体氧分压：氧分压：P2氧浓度：氧浓度：设设P1P2 浓差浓差电势电势第24页，讲稿共29张，创作于星期二（3）氧化锆管内外两
19、侧附上、多孔的金属铂电极）氧化锆管内外两侧附上、多孔的金属铂电极（4）高温下：（）高温下：（600800时）时）氧化锆管内壁（高氧分压面）发生还原反应氧化锆管内壁（高氧分压面）发生还原反应内壁面上内壁面上ZrO2给出电子给出电子带正电、生成的带正电、生成的 通过通过ZrO2空穴空穴低氧分压面低氧分压面氧化锆管外壁（低氧分压面）氧化锆管外壁（低氧分压面）氧化反应氧化反应管外壁而得到电子管外壁而得到电子带负电带负电管内外两侧铂电极管内外两侧铂电极正极、负极正极、负极两极间理论电势两极间理论电势第25页，讲稿共29张，创作于星期二R-理想气体常数理想气体常数T-气体热力学温度气体热力学温度N-一个氧
20、分子所得电子数一个氧分子所得电子数F-法拉第常数法拉第常数P2-空气（参比气体）的氧分压空气（参比气体）的氧分压P1-烟气（被测比气体）的氧分压烟气（被测比气体）的氧分压混合气体中，某气体组的分压力与总压力之比与容积成分混合气体中，某气体组的分压力与总压力之比与容积成分（浓度）成正比（浓度）成正比第26页，讲稿共29张，创作于星期二空气中含氧浓度空气中含氧浓度 将将R，F，n代入代入 mV当当T一定时，一定时，二、氧化锆传感器的结构二、氧化锆传感器的结构1.直插补偿式直插补偿式：要求被测气体温度在：要求被测气体温度在560760用热用热电偶温度计测气体温度，通过补偿装置消除气体温度电偶温度计测气体温度，通过补偿装置消除气体温度对指示值的影响对指示值的影响结构简单，测量误差较大，要求被测烟气温度较高。结构简单，测量误差较大，要求被测烟气温度较高。2.定温对流式定温对流式：带有加热装置，通过温度控制装置使：带有加热装置，通过温度控制装置使探头工作温度恒定探头工作温度恒定三、氧化锆传感器的安装与测量系统三、氧化锆传感器的安装与测量系统1.安装位置安装位置第27页，讲稿共29张，创作于星期二安装在省煤器之前的烟道上，或在旁通烟道上。安装在省煤器之前的烟道上，或在旁通烟道上。第28页，讲稿共29张，创作于星期二感感谢谢大大家家观观看看第29页，讲稿共29张，创作于星期二