Metoda chemiluminescencji

Spis treści

• Czym jest metoda chemiluminescencji?
• Struktura i zasady działania analizatora gazów wykorzystującego metodę chemiluminescencji
• Struktura i zasada działania analizatora tlenków azotu (NOx)
• Redukcja czynników wpływających na pomiar
• Porównanie z metodą niedyspersyjnej absorpcji podczerwieni (NDIR)
• Pomiar amoniaku (NH₃)
• Produkty powiązane

Chemiluminescencja to zjawisko, w którym cząsteczki wzbudzone reakcją chemiczną emitują energię wzbudzenia w postaci światła, gdy powracają do stanu podstawowego.

Przykładem jest tlenek azotu (NO), który reaguje z ozonem (O₃) i ulega utlenieniu do dwutlenku azotu (NO₂). Powstały NO₂ przechodzi do stanu wzbudzonego (NO₂) i emituje światło na określonej długości fali, gdy powraca do stanu podstawowego NO₂. (Równanie 1)

Równanie 1: Chemiluminescencja z reakcją chemiczną

Zasada ta jest stosowana do ciągłego pomiaru stężenia tlenków azotu (NOx: NO + NO₂), NO, NO₂ i amoniaku (NH₃) w próbkach gazowych.

W analizatorze gazów wykorzystującym metodę chemiluminescencji próbka gazu oraz O₃ przepływają do komory reakcyjnej. Powstaniu cząsteczki NO₂, w wyniku reakcji (równanie 1) między NO oraz O₃, towarzyszy emisja światła, które po przejściu przez filtr optyczny, trafia na fotodetektor, gdzie następuje pomiar stężenia NO. (Rysunek 1)

Rysunek 1: Struktura i zasada działania analizatora gazów wykorzystującego metodę chemiluminescencji.

W tej sekcji wyjaśniono zasady działania metody chemiluminescencji, ze szczególnym uwzględnieniem przebiegu reakcji chemicznych w ogniwie reakcyjnym w celu pomiaru stężenia NO w próbce gazu.

Próbka gazu i O₃przepływają do celi reakcyjnej i są mieszane. (Rysunek 2-1)

Część składnika gazowego w utlenionym gazie próbki emituje światło o określonej długości fali, szczególnej dla każdego składnika gazowego, odpowiadającej stężeniu gazu, zgodnie z reakcją chemiczną przedstawioną w równaniu 1. (Rysunek 2-2)
Filtr optyczny selektywnie wybiera część zakresu światła, odpowiednią emisji chemiluminescencji dla mierzonego składnika (NO). Sygnał wchodzi do fotodetektora i jest tam wykrywany. Stężenie NO mierzonego składnika w gazie próbki można mierzyć w sposób ciągły przez przetwarzanie sygnału fotodetektora.

Po wyemitowaniu światła cały NO w próbce gazu znajduje się w stanie podstawowym NO2 (rysunek 2-3)
W metodzie chemiluminescencji O₃ musi być dostarczany w wystarczającym stężeniu o odpowiednim natężeniu przepływu, aby całkowicie utlenić NO.

Rysunki 2-1, 2-2 i 2-3 ilustrują zasadę działania analizatora gazu NO wykorzystującego metodę chemiluminescencji.

HORIBA dostarcza analizatory gazów, które wykorzystują metodę chemiluminescencji do ciągłego pomiaru stężeń tlenków azotu (NOx: NO + NO₂), NO, NO₂i amoniaku (NH₃), które są zanieczyszczeniami w otaczającym powietrzu i spalinach. W tej części wyjaśniono budowę i zasadę działania analizatora, który w sposób ciągły mierzy NOx, NO, NO₂w otaczającym powietrzu.

Struktura i zasada działania analizatora gazu tlenku azotu (NOx)

Ogólną strukturę analizatora przedstawiono na rysunku 3. NO₂ nie emituje światła metodą chemiluminescencji, więc NO₂ w próbce gazu jest przekształcany w NO przez konwerter wykorzystujący katalizator do pomiaru. (Rysunek 3)

Linia A: do pomiaru NOx. Linia B: do pomiaru NO. Linia C: do kompensacji punktu zerowego (*)
Kolejność przełączania linii jest następująca: A, B, C, itd.

Rysunek 3: Analizator NOx metodą chemiluminescencyjną (3-składnikowy analizator NOx, NO₂i NO)

Stężenia NOx (NO + NO₂) i NO mierzy się odpowiednio poprzez naprzemienne przepływanie gazu przez konwertor (linia A) i próbki gazu (linia B) do komory reakcyjnej poprzez przełączanie linii zaworami elektromagnetycznymi. NO₂ oblicza się na podstawie różnicy między tymi dwoma stężeniami. (Rysunek 3, linie A i B)

Aby zapewnić stabilny i niezawodny pomiar w długim okresie, gaz odniesienia punktu zerowego, wolny od NO jest okresowo wprowadzany do komory reakcyjnej. Punkt zerowy jest stale monitorowany w celu zmniejszenia dryfu punktu zerowego (*). Gaz porównawczy punktu zerowego wykorzystuje gaz wylotowy bez NO z komory reaktora, więc nie ma potrzeby stosowania specjalistycznego sprzętu do generowania tego gazu.

Gazy są wprowadzane do tej samej komory reakcyjnej i wykrywane tym samym fotodetektorem przez funkcję przełączania zaworami elektromagnetycznymi. Oznacza to, że zmiany czułości komory reakcyjnej i fotodetektora w czasie, w równym stopniu wpływają na wykrywanie wszystkich gazów, co ostatecznie minimalizuje różnice w czułości NO i NOx.

*) Dryft punktu zerowego polega na tym, że punkt zerowy analizatora stopniowo przesuwa się w jednym kierunku z powodu temperatury, starzenia lub innych czynników. Monitorowanie za pomocą gazu porównawczego punktu zerowego pod kątem odchylenia punktu zerowego może zmniejszyć wpływ dryftu punktu zerowego.

Na metodę chemiluminescencji ma wpływ luminescencja gazów innych niż mierzona składowa oraz tłumienie odpowiedzi przez wilgoć lub dwutlenek węgla (CO₂) w próbce gazu. Środki mające na celu zmniejszenie tych wpływów są następujące.

Redukcja wpływu chemiluminescencji przez inne składniki gazu

Gdy próbka gazu zawiera składniki gazowe, takie jak H₂S, które wydzielają się w wyniku chemiluminescencji z O₃, filtr optyczny umożliwia przesyłanie tylko składowej światła odpowiadającej chemiluminescencji określonej długości fali, specyficznej dla reakcji NO z O₃, zmniejszając w ten sposób wpływ innych gazów na chemiluminescencję. (Rysunek 1)

Redukcja wpływu wilgoci i CO₂​

Gdy wilgoć jest zawarta w próbce gazu lub O₃ używanym w reakcji, NO₂ wzbudzony w komórce reakcyjnej zderza się z cząsteczkami wody i traci energię wzbudzenia NO i zachodzi zjawisko zwane gaszeniem, które wpływa na pomiar. Wilgoć i CO₂ powodują ten efekt. Jeśli próbka gazu lub O₃ zawiera dużą ilość wilgoci, do jej usunięcia stosuje się osuszacz. Jeśli w próbce gazu występuje wysokie stężenie CO₂, próbka gazu jest wpierw rozcieńczana i potem przepływa do analizatora w celu zmniejszenia efektu gaszenia.

HORIBA wykorzystuje metodę chemiluminescencji lub metodę niedyspersyjnej absorpcji w podczerwieni (NDIR) jako metodę pomiaru NOx, NO i NO₂. HORIBA dostarcza optymalne rozwiązania, dostosowane do konkretnych potrzeb i warunków pracy, wykorzystując charakterystyczne cechy każdej metody analitycznej. W tej sekcji podsumowano cechy obu metod. (Tabela 1)

Aby uzyskać więcej informacji na temat niedyspersyjnej absorpcji podczerwieni (NDIR), kliknij tutaj.

Niniejsza tabela stanowi porównanie naszych produktów.

Tabela 1: Porównanie metod chemiluminescencji i niedyspersyjnej absorpcji w podczerwieni (NOx, NO i NO₂)

Pomiar gazowego amoniaku (NH₃)