화학발광법

목차

• 화학발광법이란 무엇인가?
• 화학 발광법을 이용한 가스 분석기의 구조 및 작동 원리
• 질소산화물(NOx) 가스 분석기의 구조 및 작동 원리
• 측정에 영향을 미치는 요소의 저감
• 비분산적외선흡수법(NDIR)과의 비교
• 암모니아(NH₃) 가스 측정
• 관련 제품

화학 발광은 화학 반응에 의해 여기 상태의 분자가 기저 상태로 돌아갈 때 여기 에너지를 빛으로 방출하는 현상입니다.

예를 들어, 일산화질소(NO)가 오존(O₃)과 반응하여 산화되면 NO는 이산화질소(NO₂)로 변화합니다. 생성된 NO₂는 일정한 속도로 여기 상태(NO₂)가 되어 기저 상태의 NO₂로 돌아갈 때 특정 파장의 빛을 방출합니다. (수식 1)

방정식 1: 화학 반응을 이용한 화학 발광

이 원리는 샘플 가스에서 질소 산화물 (NOx : NO + NO₂), NO, NO₂ 및 암모니아 (NH₃)의 연속 농도 측정에 사용됩니다.

화학발광법을 사용하는 가스 분석기에서는 샘플 가스와 O₃가 반응 셀로 유입되고 NO₂에서 방출되는 빛이* 샘플 가스 중의 NO와 O₃사이의 반응(수학식 1)에 의해 발생하며, 광학 필터를 통해 전달되어 포토디텍터로 검출되어 NO 농도를 측정합니다. (그림 1)

그림 1: 화학발광법을 사용하는 가스 분석기의 구조와 작동 원리.

이 섹션에서는 샘플 가스의 NO 농도를 측정하기 위한 반응 셀 내의 화학 반응의 흐름을 중심으로 화학 발광법의 작동 원리를 설명합니다.

샘플 가스와 O₃는 반응 셀로 유입되어 혼합됩니다. (그림 2-1)

산화된 샘플 가스 중의 가스성분의 일부는 식 1에 나타낸 화학반응에 의해 가스농도에 해당하는 각 가스성분에 대하여 특정 파장의 빛을 방출합니다. (그림 2-2)
광학 필터는 측정 성분(NO)에 대한 화학 발광에 의해 빛을 선택하여 포토디텍터에 들어가 검출됩니다. 샘플 가스에서 측정 성분의 NO 농도는 처리 포토디텍터의 신호로 연속적으로 측정할 수 있습니다.

발광 후 샘플 가스의 모든 NO는 기저 상태의 NO₂가 됩니다. (그림 2-3)
화학발광 방법에서 O₃는 측정된 성분에 NO를 완전히 산화시키기 위해 적절한 유속으로 충분한 농도로 공급되어야 합니다.

그림 2-1, 2-2 및 2-3 화학 발광법을 사용하는 NO 가스 분석기의 작동 원리.

HORIBA는 화학발광법을 사용하여 질소산화물(NOx: NO + NO₂), NO, NO₂및 암모니아(NH₃), 주변 공기 및 배기 가스의 오염 물질입니다. 이 섹션에서는 주변 공기 중에서 NOx, NO, NO₂를 지속적으로 측정하는 분석기의 구조와 작동 원리에 대해 설명합니다.

질소산화물(NOx) 가스 분석기의 구조 및 작동 원리

분석기의 전체 구조는 그림 3에 나와 있습니다. NO₂는 화학발광법으로는 빛을 방출하지 않기 때문에, 시료 가스 중의 NO₂는 촉매를 이용한 측정용 변환기를 통해 NO로 변환됩니다. (그림 3)

라인 A: NOx 측정용 라인 B: NO 측정용 라인 C: 영점 비교용 (*)
회선 전환 순서는 A, B, C 순입니다.

그림 3: 화학발광 방식을 사용한 NOx 분석기 (NOx, NO₂및 NO에 대한 3성분 분석기)

NOx (NO + NO₂) 및 NO 농도는 각각 솔레노이드 밸브를 통해 전환하여 컨버터(라인 A)와 샘플 가스(라인 B)를 통해 가스를 번갈아 흐르게 하여 측정됩니다. 솔레노이드 밸브가 있는 라인. NO₂는 이 두 농도의 차이로부터 계산됩니다. (그림 3, 라인 A 및 B)

장기적으로 안정적이고 신뢰할 수 있는 측정을 보장하기 위해 NO를 포함하지 않는 영점 비교 가스를 주기적으로 반응 셀에 흘려넣고, 영점을 지속적으로 모니터링하여 영점 드리프트(*)를 줄입니다. 영점 비교 가스는 반응 셀에서 배기되는 NO를 포함하지 않는 가스를 사용하므로 영점 비교가스 생성을 위한 별도 장비가 필요하지 않습니다.

또한, 이러한 가스는 동일한 반응 셀로 유입되고 솔레노이드 밸브 스위칭 기능에 의해 동일한 포토디텍터로 검출됩니다. 즉, 시간 경과에 따른 반응 셀과 디텍터의 감도 변화 등이 이러한 가스의 검출에 동일하게 반영되어 최종적으로 NO와 NOx 감도의 차이가 최소화됩니다.

(*)제로점 드리프트는 분석기의 제로 포인트가 온도변화, 장비 노후화 또는 기타 요인으로 인해 한 방향으로 점진적으로 이동하는 것입니다. 제로점 비교 가스로 제로점을 모니터링 하여, 제로 드리프트의 영향을 저감시킬 수 있습니다.

샘플 가스 중의 측정성분 이외의 가스에 의한 발광 또는 샘플가스 및 오존에 포함된 수분 및 이산화탄소(CO₂)에 의한 Queching은 화학발광법에 의한 측정에 영향을 끼칩니다. 이러한 영향을 줄이기 위한 조치는 다음과 같습니다.

다른 가스 성분에 의한 화학 발광의 영향 저감

샘플 가스에 H₂S 등 O₃과 _​​_​반응 하여 화학 발광이 이루어지는 가스 성분이 포함되는 경우, NO 및 O₃에 의한 화학 발광에서의 특정 파장의 빛을 투과 시키는 광학 필터를 사용하여,_​ 다른 가스의 영향을 줄입니다. (그림 1)

수분 및 CO₂ Quenching 영향 저감

샘플 가스 또는 O₃에 수분이 포함되는 경우, _​반응 셀 내에서 여기된 NO₂가 수분과 충돌하여 NO의 여기 에너지를 잃게되는 Quenching(소광) 현상이 발생하여 측정에 영향을 미칩니다. 일반적으로 Quenching을 일으키는 가스로는, 수분과 CO₂ 가 있습니다. 샘플 가스 또는 O₃에 많은 양의 수분이 포함되는 경우, 제습기를 사용하여 수분을 제거합니다. 또한, 샘플 가스중의 CO₂농도가 높을 경우, 샘플 가스를 희석하여 분석기에 유입하여 Quenching 영향을 억제합니다.

HORIBA는 화학발광법(Chemiluminescence) 또는 비분산 적외선 흡수법(NDIR)을 분석기의 측정 방법으로 사용하여 NOx, NO ,NO₂를 측정합니다. HORIBA는 각 분석 방법의 고유한 특성을 활용하여 특정 요구 사항과 작동 조건에 맞는 최적의 분석기를 제공합니다. 이 섹션에서는 두 가지 방법의 기능을 요약합니다. (표 1)

비분산 적외선 흡수(NDIR)에 대한 자세한 내용을 보려면 여기를 클릭하세요.

이 표는 자사 제품을 비교한 것입니다.

표 1: 화학발광법 및 비분산 적외선 흡수 방법(NOx, NO,NO₂)의 비교

암모니아(NH₃) 가스 측정