วิธีการเรืองแสงเคมี

สารบัญ

• Chemiluminescence Method คืออะไร?
• โครงสร้างและหลักการทำงานของเครื่องวิเคราะห์ก๊าซโดยใช้วิธีเคมีเรืองแสง
• โครงสร้างและหลักการทำงานของเครื่องวิเคราะห์ก๊าซไนโตรเจนออกไซด์ (NOx)
• การลดปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อการวัดผล
• การเปรียบเทียบกับวิธีการดูดกลืนอินฟราเรดแบบไม่กระจาย (NDIR)
• การวัดก๊าซแอมโมเนีย (NH ₃)
• สินค้าที่เกี่ยวข้อง

เคมีเรืองแสงเป็นปรากฏการณ์ที่โมเลกุลที่ถูกกระตุ้นโดยปฏิกิริยาเคมีจะปล่อยพลังงานกระตุ้นเป็นแสงเมื่อกลับสู่สถานะพื้นฐาน

ตัวอย่างเช่น เมื่อไนโตรเจนมอนอกไซด์ (NO) ทําปฏิกิริยากับโอโซน (O ₃) และถูกออกซิไดซ์ NO จะเปลี่ยนเป็นไนโตรเจนไดออกไซด์ (NO ₂) ผลลัพธ์ NO ₂ จะเลื่อนไปสู่สถานะตื่นเต้น (NO ₂) ในอัตราคงที่และปล่อยออกมาที่ความยาวคลื่นเฉพาะเมื่อกลับสู่สถานะพื้นดินของ NO ₂ (สมการ 1)

สมการที่ 1: เคมีเรืองแสงจากปฏิกิริยาเคมี Chemiluminescence with a Chemical Reaction

หลักการนี้ใช้สําหรับการวัดความเข้มข้นอย่างต่อเนื่องของไนโตรเจนออกไซด์ (NOx: NO + NO ₂), NO, NO ₂ และแอมโมเนีย (NH ₃) ในก๊าซตัวอย่าง

ในเครื่องวิเคราะห์ก๊าซโดยใช้วิธีเคมีเรืองแสง ก๊าซตัวอย่างและ O ₃ จะไหลเข้าสู่เซลล์ปฏิกิริยา และแสงที่ปล่อยออกมาจาก NO ₂ * เกิดจากปฏิกิริยา (สมการ 1) ระหว่าง NO ในก๊าซตัวอย่างและ O ₃ ถูกส่งผ่านตัวกรองแสงจะถูกตรวจจับด้วยเครื่องตรวจจับแสงเพื่อวัดความเข้มข้นของ NO (รูปที่ 1)

รูปที่ 1: โครงสร้างและหลักการทำงานของเครื่องวิเคราะห์ก๊าซโดยใช้วิธีเคมีเรืองแสง

หัวข้อนี้จะอธิบายหลักการทำงานของวิธีเคมีเรืองแสง โดยเน้นที่การไหลของปฏิกิริยาเคมีในเซลล์ปฏิกิริยาเพื่อวัดความเข้มข้นของ NO ในก๊าซตัวอย่าง

ก๊าซตัวอย่างและ O ₃ ไหลเข้าสู่เซลล์ปฏิกิริยาและผสมกัน (รูปที่ 2-1)

ส่วนหนึ่งขององค์ประกอบก๊าซในก๊าซตัวอย่างที่ถูกออกซิไดซ์จะเปล่งแสงที่มีความยาวคลื่นเฉพาะสำหรับองค์ประกอบก๊าซแต่ละองค์ประกอบที่สอดคล้องกับความเข้มข้นของก๊าซโดยปฏิกิริยาเคมีที่แสดงในสมการ 1 (รูปที่ 2-2)
ตัวกรองแสงจะเลือกแสงโดยใช้เคมีเรืองแสงสำหรับส่วนประกอบที่วัดได้ (NO) ซึ่งจะเข้าสู่เครื่องตรวจจับแสงและถูกตรวจจับ ความเข้มข้นของ NO ของส่วนประกอบที่วัดได้ในก๊าซตัวอย่างสามารถวัดได้อย่างต่อเนื่องโดยใช้สัญญาณเครื่องตรวจจับแสงที่กำลังประมวลผล

หลังจากเปล่งแสง NO ทั้งหมดใน ก๊าซตัวอย่างจะอยู่ในสถานะพื้นฐาน NO2 (รูปที่ 2-3)
ในวิธีเคมีลูมิเนสเซนซ์ O ₃ จะต้องได้รับความเข้มข้นเพียงพอด้วยอัตราการไหลที่เหมาะสมเพื่อให้ NO ออกซิไดซ์อย่างสมบูรณ์กับส่วนประกอบที่วัดได้

รูปที่ 2-1, 2-2 และ 2-3 หลักการทำงานของเครื่องวิเคราะห์ก๊าซ NO โดยใช้วิธีเคมีเรืองแสง

HORIBA มีเครื่องวิเคราะห์ก๊าซที่ใช้วิธีเคมีเรืองแสงเพื่อวัดความเข้มข้นของไนโตรเจนออกไซด์อย่างต่อเนื่อง (NOx: NO + NO ₂), NO, NO ₂ และแอมโมเนีย (NH ₃) ซึ่งเป็นมลพิษในอากาศแวดล้อมและก๊าซไอเสีย ส่วนนี้อธิบายโครงสร้างและหลักการทํางานของเครื่องวิเคราะห์ ซึ่งจะวัด NOx, NO, NO ₂ ในอากาศแวดล้อมอย่างต่อเนื่อง

โครงสร้างและหลักการทำงานของเครื่องวิเคราะห์ก๊าซไนโตรเจนออกไซด์ (NOx)

โครงสร้างโดยรวมของเครื่องวิเคราะห์แสดงในรูปที่ 3 NO ₂ ไม่เปล่งแสงด้วยวิธีเคมีลูมิเนสเซนซ์ ดังนั้น NO ₂ ในก๊าซตัวอย่างจะถูกแปลงเป็น NO ผ่านตัวแปลงโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาสําหรับการวัด (รูปที่ 3)

เส้น A: สำหรับการวัด NOx เส้น B: สำหรับการวัด NO เส้น C: สำหรับการเปรียบเทียบจุดศูนย์ (*)
ลำดับการสลับสายคือ A, B, C เป็นต้น

รูปที่ 3: เครื่องวิเคราะห์ NOx โดยใช้วิธีเคมีเรืองแสง (เครื่องวิเคราะห์ 3 องค์ประกอบสําหรับ NOx, NO ₂ และ NO)

วัดความเข้มข้นของ NOx (NO + NO ₂) และ NO ตามลําดับโดยการไหลเวียนของก๊าซผ่านตัวแปลง (สาย A) และก๊าซตัวอย่าง (สาย B) เข้าสู่เซลล์ปฏิกิริยาโดยการสลับ เส้นที่มีโซลินอยด์วาล์ว NO ₂ คํานวณจากความแตกต่างระหว่างความเข้มข้นทั้งสองนี้ (รูปที่ 3 บรรทัด A และ B)

เพื่อให้แน่ใจว่าการวัดมีเสถียรภาพและเชื่อถือได้ในระยะยาว ก๊าซเปรียบเทียบจุดศูนย์ที่ปราศจาก NO จะถูกไหลเป็นระยะๆ เข้าสู่เซลล์ปฏิกิริยา และก๊าซจุดศูนย์จะถูกตรวจสอบอย่างต่อเนื่องเพื่อลดการดริฟท์จุดศูนย์ (*) ก๊าซเปรียบเทียบจุดศูนย์ใช้ก๊าซไอเสียที่ไม่มี NO จากเซลล์ปฏิกรณ์ ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์เฉพาะทางสำหรับการผลิตก๊าซนี้

นอกจากนี้ ก๊าซเหล่านี้ยังไหลเข้าไปในเซลล์ปฏิกิริยาเดียวกันและตรวจจับด้วยโฟโตดีเทกเตอร์ตัวเดียวกันด้วยฟังก์ชันการสลับวาล์วโซลินอยด์ ซึ่งหมายความว่าการเปลี่ยนแปลงความไวของเซลล์ปฏิกิริยาและโฟโตดีเทกเตอร์เมื่อเวลาผ่านไป ฯลฯ จะถูกสะท้อนเท่าๆ กันในการตรวจจับก๊าซเหล่านี้ ซึ่งในที่สุดจะลดความแตกต่างของความไวต่อ NO และ NOx ให้เหลือน้อยที่สุด

*) การเปลี่ยนแปลงจุดศูนย์คือการเปลี่ยนแปลงจุดศูนย์ของเครื่องวิเคราะห์อย่างค่อยเป็นค่อยไปในทิศทางใดทิศทางหนึ่งเนื่องจากอุณหภูมิ อายุ หรือปัจจัยอื่นๆ การตรวจสอบด้วยก๊าซเปรียบเทียบจุดศูนย์เพื่อหาค่าเบี่ยงเบนจากจุดศูนย์สามารถลดอิทธิพลของการเปลี่ยนแปลงจุดศูนย์ได้

วิธีการเรืองแสงเคมีได้รับอิทธิพลจากการเรืองแสงของก๊าซอื่นนอกเหนือจากส่วนประกอบที่วัดได้และการดับด้วยความชื้นหรือคาร์บอนไดออกไซด์ (CO ₂) ในก๊าซตัวอย่าง มาตรการเพื่อลดอิทธิพลเหล่านี้มีดังนี้

การลดอิทธิพลของการเรืองแสงเคมีจากส่วนประกอบของก๊าซอื่นๆ

เมื่อ ก๊าซตัวอย่างมีส่วนประกอบของก๊าซ เช่น H ₂ S ที่ปล่อยออกมาโดยเคมีเรืองแสงด้วย O ₃ ตัวกรองออปติคัลใช้เพื่อส่งเฉพาะแสงความยาวคลื่นเฉพาะของเคมีเรืองแสงโดย NO กับ O ₃ ซึ่งจะช่วยลดอิทธิพลของก๊าซอื่น ๆ สําหรับเคมีเรืองแสง (รูปที่ 1)

การลดอิทธิพลของความชื้นและการชุบแข็ง CO ₂​

เมื่อมีความชื้นอยู่ใน ก๊าซตัวอย่างหรือ O ₃, NO ₂ ตื่นเต้นในเซลล์ปฏิกิริยาชนกับความชื้นและสูญเสียพลังงานกระตุ้นของ NO ปรากฏการณ์ที่เรียกว่าการดับเกิดขึ้นซึ่งมีอิทธิพลต่อการวัด ความชื้นและ CO ₂ โดยทั่วไปทําให้เกิดการดับ ถ้า ก๊าซตัวอย่างหรือ O ₃ มีความชื้นจํานวนมากจะใช้เครื่องลดความชื้นเพื่อกําจัดออก หากมี CO ₂ ที่มีความเข้มข้นสูงในก๊าซตัวอย่าง ก๊าซตัวอย่างจะถูกเจือจางและไหลเข้าสู่เครื่องวิเคราะห์เพื่อลดอิทธิพลของการดับ

HORIBA ใช้วิธีเคมีเรืองแสงหรือวิธีการดูดซับอินฟราเรดแบบไม่กระจายตัว (NDIR) เป็นวิธีการวัดของเครื่องวิเคราะห์เพื่อวัด NOx, NO และ NO ₂. HORIBA มีเครื่องวิเคราะห์ที่เหมาะสมที่สุดเพื่อตอบสนองความต้องการเฉพาะและเงื่อนไขการทํางาน โดยใช้ประโยชน์จากคุณลักษณะที่โดดเด่นของวิธีการวิเคราะห์แต่ละวิธี ส่วนนี้สรุปคุณสมบัติของทั้งสองวิธี (ตารางที่ 1)

สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับการดูดกลืนอินฟราเรดแบบไม่กระจาย (NDIR) โปรดคลิกที่นี่

ตารางนี้เป็นการเปรียบเทียบผลิตภัณฑ์ของเรา

ตารางที่ 1: การเปรียบเทียบวิธีการดูดกลืนด้วยเคมีและอินฟราเรดแบบไม่กระจายตัว (NOx, NO และ NO₂)

การวัดก๊าซแอมโมเนีย (NH ₃)