Phương pháp phát quang hóa học

Nội dung

• Phương pháp phát quang hóa học là gì?
• Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của máy phân tích khí sử dụng phương pháp phát quang hóa học
• Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của máy phân tích khí nitơ oxit (NOx)
• Giảm các yếu tố ảnh hưởng đến phép đo
• So sánh với phương pháp hấp thụ hồng ngoại không phân tán (NDIR)
• Đo khí amoniac (NH₃)
• Sản phẩm liên quan

Phát quang hóa học là hiện tượng trong đó các phân tử bị kích thích bởi phản ứng hóa học phát ra năng lượng kích thích dưới dạng ánh sáng khi chúng trở về trạng thái cơ bản.

Ví dụ, khi nitơ monoxit (NO) phản ứng với ôzôn (O₃) và bị oxy hóa, NO thay đổi thành nitơ điôxít (NO₂). Kết quả NO₂ tăng lên trạng thái kích thích (NO₂) ở tốc độ cố định và phát ra ở một bước sóng cụ thể khi nó trở lại trạng thái cơ bản của NO₂. (Phương trình 1)

Phương trình 1: Phát quang hóa học với phản ứng hóa học

Nguyên lý này được sử dụng để đo nồng độ liên tục oxit nitơ (NOx: NO + NO₂), NO, NO₂và amoniac (NH₃) trong khí mẫu.

Trong máy phân tích khí sử dụng phương pháp phát quang hóa học, khí mẫu và O₃ chảy vào cell phản ứng và ánh sáng phát ra từ NO₂* phản ứng (Phương trình 1) giữa NO trong khí mẫu và O₃ được truyền qua bộ lọc quang học được phát hiện bằng bộ lọc quang để đo nồng độ NO. (Hình 1)

Hình 1: Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của máy phân tích khí sử dụng phương pháp phát quang hóa học.

Phần này giải thích nguyên lý hoạt động của phương pháp phát quang hóa học, tập trung vào luồng phản ứng hóa học trong buồng phản ứng để đo nồng độ NO trong mẫu khí làm ví dụ.

Khí mẫu và O₃c hảy vào cell phản ứng và được trộn lẫn. (Hình 2-1)

Một phần thành phần khí trong mẫu khí bị oxy hóa phát ra ánh sáng có bước sóng cụ thể cho từng thành phần khí tương ứng với nồng độ khí theo phản ứng hóa học thể hiện ở Phương trình 1. (Hình 2-2)
Bộ lọc quang học chọn ánh sáng bằng cách phát quang hóa học cho thành phần được đo (NO), thành phần này đi vào bộ dò quang và được phát hiện. Nồng độ NO của thành phần được đo trong khí mẫu có thể được đo liên tục bằng tín hiệu bộ dò quang xử lý.

Sau khi phát ra ánh sáng, tất cả NO trong khí mẫu ở trạng thái cơ bản NO2 (Hình 2-3)
Trong phương pháp phát quang hóa học, O₃ phải được cung cấp ở nồng độ vừa đủ với tốc độ dòng chảy thích hợp để oxy hóa hoàn toàn NO thành phần được đo.

Hình 2-1, 2-2 và 2-3 Nguyên lý hoạt động của máy phân tích khí NO sử dụng phương pháp phát quang hóa học.

HORIBA cung cấp máy phân tích khí sử dụng phương pháp phát quang hóa học để đo liên tục nồng độ oxit nitơ (NOx: NO + NO₂), NO, NO₂và amoniac (NH₃), là những chất ô nhiễm trong không khí xung quanh và khí thải. Phần này giải thích cấu trúc và nguyên lý hoạt động của máy phân tích, liên tục đo NOx, NO, NO₂trong không khí xung quanh.

Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của máy phân tích khí nitơ oxit (NOx)

Cấu trúc tổng thể của máy phân tích được thể hiện trong Hình 3. NO₂ không phát ra ánh sáng bằng phương pháp phát quang hóa học, vì vậy NO₂ trong khí mẫu được chuyển đổi thành NO thông qua bộ chuyển đổi sử dụng chất xúc tác để đo. (Hình 3)

Dòng A: để đo NOx - Dòng B: để đo NO - Dòng C: để so sánh điểm không (*)
Trình tự chuyển mạch dòng là A, B, C, v.v.

Hình 3: Máy phân tích NOx sử dụng phương pháp hóa phát quang (máy phân tích 3 thành phần cho NOx, NO₂và NO)

Nồng độ NOx (NO + NO₂) và NO được đo tương ứng bằng cách luân phiên chảy khí qua bộ chuyển đổi (dòng A) và khí mẫu (dòng B) vào cell phản ứng bằng chuyển đổi các dòng có van điện từ. NO₂ được tính từ sự khác biệt giữa hai nồng độ này. (Hình 3, Dòng A và B)

Để đảm bảo phép đo ổn định và đáng tin cậy trong thời gian dài, khí so sánh điểm 0 có hàm lượng NO không được đưa vào buồng phản ứng theo định kỳ và điểm 0 được theo dõi liên tục để giảm độ trôi điểm 0 (*). Khí so sánh điểm 0 sử dụng khí thải không có NO từ buồng phản ứng, do đó không cần thiết bị chuyên dụng để tạo ra khí này.

Ngoài ra, các khí này được đưa vào cùng một cell phản ứng và được phát hiện bằng cùng một detector quang bằng chức năng chuyển mạch van điện từ. Điều này có nghĩa là những thay đổi về độ nhạy của cell phản ứng và detector quang theo thời gian, v.v. đều được phản ánh như nhau trong quá trình phát hiện các khí này, cuối cùng là giảm thiểu sự khác biệt về độ nhạy của NO và NOx.

*) Độ trôi điểm 0 là điểm 0 của máy phân tích dần dần dịch chuyển theo một hướng do nhiệt độ, lão hóa hoặc các yếu tố khác. Việc kiểm tra bằng khí so sánh điểm 0 để phát hiện độ lệch của điểm 0 có thể làm giảm ảnh hưởng của độ trôi điểm 0.

Phương pháp phát quang hóa học bị ảnh hưởng bởi sự phát quang của các khí không phải là thành phần đo được và làm nguội bởi độ ẩm hoặc carbon dioxide (CO₂) trong khí mẫu. Các biện pháp để giảm thiểu những ảnh hưởng này như sau.

Giảm thiểu ảnh hưởng của phát quang hóa học bởi các thành phần khí khác

Khi một khí mẫu có chứa các thành phần khí như H₂S sinh ra bằng phản ứng phát quang hóa học với O₃, một bộ lọc quang học được sử dụng để chỉ truyền ánh sáng bước sóng cụ thể của hóa phát quang bằng NO với O₃, do đó làm giảm ảnh hưởng của các khí khác đối với phản ứng phát quang hóa học. (Hình 1)

Giảm độ ẩm và ảnh hưởng làm nguội CO₂​

Khi hơi ẩm có trong khí mẫu hoặc O₃, NO₂ kích thích trong cell phản ứng va chạm với hơi ẩm và mất năng lượng kích thích của NO, xảy ra hiện tượng gọi là dập tắt, ảnh hưởng đến phép đo. Độ ẩm và CO₂ thường gây ra hiện tượng dập tắt. Nếu khí mẫu hoặc O₃ chứa một lượng lớn độ ẩm, máy hút ẩm được sử dụng để loại bỏ nó. Nếu có nồng độ CO₂ cao trong khí mẫu, khí mẫu được pha loãng và chảy vào máy phân tích để giảm ảnh hưởng của quá trình dập tắt.

HORIBA sử dụng phương pháp phát quang hóa học hoặc phương pháp hấp thụ hồng ngoại không phân tán (NDIR) làm phương pháp đo của máy phân tích để đo NOx, NO và NO₂. HORIBA cung cấp các máy phân tích tối ưu để đáp ứng nhu cầu và điều kiện hoạt động cụ thể, tận dụng các thuộc tính riêng biệt của từng phương pháp phân tích. Phần này tóm tắt các tính năng của cả hai phương pháp. (Bảng 1)

Để biết thêm thông tin về hấp thụ hồng ngoại không phân tán (NDIR), hãy nhấp vào đây.

Bảng này là bảng so sánh các sản phẩm.

Bảng 1: So sánh các phương pháp hấp thụ hồng ngoại phát quang hóa học và không phân tán (NOx, NO và NO₂)

Đo khí amoniac (NH₃)