비분산 적외선 흡수(NDIR)는 분자의 적외선 흡수를 이용하는 방법입니다. 이 방법은 적외선을 적극적으로 흡수하는 다양한 가스 성분의 농도를 측정하는 데 사용됩니다.
분자는 특정 파장의 빛을 선택적으로 흡수하는 고유한 능력을 가지고 있습니다. 예를 들어, 빨간 사과는 표면이 빨간색이 아닌 파장의 빛을 흡수하고 반대로 빨간색 파장의 빛을 반사하기 때문에 빨간색으로 보입니다. 이는 적외선 복사에서 발생하며, 이는 가스 성분의 농도를 측정하는 데 널리 사용됩니다. 적외선이 분자에 흡수되면 해당 분자의 온도가 상승합니다. 흡수되는 적외선의 파장은 분자에 따라 다릅니다 (즉, 지문과 마찬가지로 파장별 프로필은 각 분자마다 다릅니다).
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.
비분산 타입은 적외선에서 방출되는 중적외선에서 특정 적외선 방사 파장을 사용하는 측정 방법입니다. 일부 가스는 적외선을 흡수하지 않습니다. 예를 들어, 질소 (N2)는 적외선을 흡수하지 않으므로 다른 측정 원리를 사용하여 가스 분석기로 측정합니다.
NDIR을 이용한 가스 분석기의 측정 원리
그림 1: NDIR을 사용하는 가스 분석기의 기본 구조(예: CO2에서 CO 측정)
적외선 광원을 사용하는 가스 분석기는 샘플 가스를 가스 셀로 흘려보내 가스 농도를 측정합니다. 적외선은 셀의 샘플 가스를 통과하고 셀의 가스에 의해 흡수된 적외선은 디텍터에서 감지된 샘플 가스 농도와 일치합니다(그림 1).
서로 다른 가스 분자는 흡수되는 적외선 파장이 다릅니다(그림 2). 각 가스의 농도에 비례하는 특정 적외선 파장의 흡수량을 측정함으로써 샘플가스 내의 "특정 가스 분자"와 "농도"를 결정할 수 있습니다. 그림 1에서 CO 검출기는 CO2가스의 CO 가스를 측정합니다.
그림 2: 가스의 적외선 흡수 파장 및 흡수량
가스 분자에 따라 흡수되는 겹치는 적외선 파장이 발생할 수 있습니다(그림 2). 이를 가스 간섭이라고 합니다.
그림 3: 가스 농도와 적외선 흡수량의 관계
적외선 복사의 흡수량은 가스 농도에 비례하며, 농도가 낮을수록 흡수량은 적어지고 농도가 높을수록 흡수량은 많아집니다(그림 3).
적외선 흡수량과 가스 농도의 관계는 Lambert-Beer의 법칙에 의해 결정됩니다.
적외선 흡수량은 흡수 가스 분자의 농도에 따라 달라집니다. 이 관계는 Lambert-Beer의 법칙으로 표현됩니다.
Ι = Ι0exp (-μcd)
Ι : 투과광 강도
Ι0: 입사광 강도
c : 흡수 분자의 농도 (측정 성분)
μ : 흡수계수 (분자와 파장에 의해 결정되는 일정수)
d : 흡수분자층 (가스층)의 두께
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