Phương pháp huỳnh quang cực tím (UVF)

Nội dung

Nguyên lý đo

Phương pháp huỳnh quang cực tím (UVF) là gì?

Huỳnh quang là sự phát ra ánh sáng của một chất đã hấp thụ năng lượng ánh sáng, chẳng hạn như tia cực tím. Khi một phân tử hấp thụ năng lượng ánh sáng, nó trở thành trạng thái không ổn định, năng lượng cao (trạng thái kích thích) và sau khi phát ra ánh sáng, nó trở lại trạng thái năng lượng ban đầu (trạng thái cơ bản).

Ví dụ, nếu thành phần đo được là lưu huỳnh điôxít (SO₂) trong khí mẫu, chiếu xạ khí mẫu bằng bức xạ tia cực tím có bước sóng cụ thể (190nm-230nm) sẽ gây ra huỳnh quang. Khi các phân tử SO₂ được chiếu xạ bằng bức xạ UV, chúng hấp thụ bức xạ UV và chuyển sang trạng thái kích thích (SO₂*) ở một tốc độ nhất định và SO₂* trở lại trạng thái cơ bản bằng cách phát ra bức xạ UV có bước sóng dài hơn bước sóng của bức xạ UV được hấp thụ. (Phương trình 1)

Phương trình 1: Phản ứng huỳnh quang (đối với SO₂)

(1) cho thấy SO₂ hấp thụ năng lượng hv1 của bức xạ UV để trở thành trạng thái kích thích, và
(2) cho thấy năng lượng hv2 của bức xạ UV được phát ra khi SO₂* ở trạng thái kích thích trở lại trạng thái cơ bản.

Vì nồng độ SO₂ tỷ lệ thuận với cường độ huỳnh quang (240-420nm) do SO₂* gây ra, nồng độ SO₂ được đo bằng cách phát hiện cường độ huỳnh quang.

Nguyên lý này được sử dụng để đo nồng độ liên tục của sulfur dioxide (SO₂) trong khí mẫu.
Các phần sau đây mô tả phép đo nồng độ SO₂trong khí mẫu sử dụng UVF.

Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của máy phân tích khí sử dụng UVF

Máy phân tích khí sử dụng UVF dẫn khí mẫu vào cell huỳnh quang, và huỳnh quang UV (Phương trình 1) do bức xạ UV và SO₂ gây ra trong cell huỳnh quang được truyền có chọn lọc qua bộ lọc quang học và được phát hiện bởi máy dò quang để đo nồng độ khí (Hình 1).

Hình 1: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy phân tích khí sử dụng UVF

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy phân tích khí lưu huỳnh điôxít (SO₂)

Phần này giải thích các nguyên lý xây dựng và hoạt động của máy phân tích khí đo liên tục SO₂trong không khí xung quanh.

Một ví dụ về cấu tạo tổng thể của máy phân tích được thể hiện trong Hình 2. Đèn flash xenon được sử dụng làm nguồn sáng UV. Để liên tục đo nồng độ SO₂ với độ chính xác cao, máy phân tích kết hợp các cơ chế khác nhau để giảm các yếu tố sai số cho phép đo, bao gồm cả detector để bù trừ cho những thay đổi về cường độ ánh sáng từ đèn flash xenon.

Hình 2: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy phân tích khí huỳnh quang UV

Nguyên lý hoạt động như sau.

Khí mẫu được chiếu xạ bằng tia cực tím có bước sóng cụ thể trong khi chảy qua cell huỳnh quang. Tùy thuộc vào nồng độ SO₂ trong khí mẫu, độ hấp thụ tia UV thay đổi và cường độ ánh sáng từ huỳnh quang cũng thay đổi. Huỳnh quang đi vào detector dưới dạng ánh sáng truyền qua được chọn bởi bộ lọc quang học và được phát hiện bởi bộ phát quang (ống nhân quang). Tín hiệu phát hiện này được xử lý để tính toán nồng độ SO₂, từ đó liên tục đo nồng độ SO₂ trong khí mẫu.

Giảm các yếu tố ảnh hưởng đến phép đo (Hình 3)

Việc đo nồng độ SO₂bằng UVF bị ảnh hưởng bởi cường độ ánh sáng giảm của nguồn sáng UV và các hydrocacbon thơm cụ thể trong khí mẫu. Máy phân tích sử dụng UVF làm giảm các yếu tố ảnh hưởng này bằng các cơ chế và chức năng khác nhau.

Hình 3: Giảm các yếu tố ảnh hưởng đến phép đo.

Giảm thiểu ảnh hưởng của nguồn sáng cực tím

Để tạo ra đủ huỳnh quang ngay cả khi nồng độ khí đo được thấp, đèn flash xenon có độ sáng cao được sử dụng làm nguồn sáng UV. Đèn flash Xenon phát ra ánh sáng ở các bước sóng khác nhau, vì vậy nếu ánh sáng truyền qua cell huỳnh quang như kiểu nó là ánh sáng kích thích, huỳnh quang khác với SO₂ cũng sẽ truyền đến detector và ảnh hưởng đến giá trị đo. Để đối phó với ảnh hưởng này, HORIBA sử dụng một số bộ lọc quang học phản xạ để chọn bước sóng cần thiết cho ánh sáng kích thích. Vì lượng tia UV của đèn flash xenon bị giảm do chiếu sáng lâu dài, nên những thay đổi về cường độ ánh sáng được đo bằng detector bù cường độ ánh sáng và nồng độ SO₂ được điều chỉnh tương ứng với sự thay đổi được phát hiện.

Giảm thiểu ảnh hưởng của ánh sáng lạc đến bộ tách sóng quang

Thiết kế quang học để giảm ánh sáng lạc trong cell huỳnh quang làm giảm nhiễu trong phép đo huỳnh quang. Thành trong của cell huỳnh quang được phủ đặc biệt để giảm phản xạ của ánh sáng kích thích. Các biện pháp này làm giảm sự cố của ánh sáng lạc trên bộ dò quang. Ngoài ra, lớp phủ đặc biệt trên thành trong của cell huỳnh quang ngăn chặn sự hấp thụ SO₂.

Giảm thiểu ảnh hưởng của các thành phần khí

Các hydrocacbon thơm như toluene và xylene, hấp thụ tia cực tím và phát ra huỳnh quang, ảnh hưởng đến việc phân tích SO₂. Để giảm sự ảnh hưởng này, các khí này được loại bỏ bởi một bộ khử hydrocacbon thơm trước khi khí mẫu chảy đến cell huỳnh quang. Ngoài ra, một bộ lọc quang học truyền huỳnh quang SO₂ có chọn lọc được sử dụng để giảm ảnh hưởng của huỳnh quang do các khí khác gây ra.

So sánh với phương pháp hấp thụ hồng ngoại không phân tán (NDIR)

HORIBA sử dụng phương pháp huỳnh quang tia cực tím (UVF) hoặc phương pháp hấp thụ hồng ngoại không phân tán (NDIR) làm phương pháp đo của máy phân tích để đo SO₂. HORIBA cung cấp các máy phân tích tối ưu cho mục đích sử dụng và môi trường hoạt động bằng cách tận dụng các tính năng của từng phương pháp. 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 phương pháp huỳnh quang tia cực tím và phương pháp hấp thụ hồng ngoại không phân tán (SO₂)

Phương pháp tối ưu chủ yếu được lựa chọn dựa trên dải nồng độ đo SO₂. Ví dụ, khi đo SO₂ trong không khí xung quanh, máy phân tích UVF được sử dụng và khi đo SO₂ trong khí thải, máy phân tích NDIR được sử dụng.

Sản phẩm liên quan

Máy phân tích phương pháp huỳnh quang tia cực tím (UVF) được sử dụng rộng rãi để đo và kiểm tra liên tục lưu huỳnh điôxít (SO₂), một trong những chất ô nhiễm trong không khí xung quanh. Nó cũng được sử dụng để kiểm tra lưu huỳnh điôxít (SO₂), một chất ô nhiễm trong phòng sạch bán dẫn.