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气体分析仪不同原理的优缺点

发布时间：

2024-02-03

质谱计，是分离和检测不同同位素的仪器。它根据带电粒子在电磁场中能够偏转的原理，按物质原子、分子或分子碎片的质量差异进行分离和检测物质组成的一类仪器。

　　一、质谱仪基本原理

　　具体工作过程为：质谱仪以离子源、质量分析器和离子检测器为核心。离子源是使试样分子在高真空条件下离子化的装置。电离后的分子因接受了过多的能量会进一步碎裂成较小质量的多种碎片离子和中性粒子。它们在加速电场作用下获取具有相同能量的平均动能而进入质量分析器。质量分析器是将同时进入其中的不同质量的离子，按荷质比q/m（q为电荷，m为质量）大小分离的装置。分离后的离子依次进入离子检测器，采集放大离子信号，经计算机处理，绘制成质谱图。

　　优点：测量气体种类多，测试速度快，灵敏度高，结果精确，稳定性和重复性也较高。

　　缺点：是价格偏高，仪器机构复杂，需要专业人员维护；要求环境高。

　　二、气相色谱仪的基本原理

　　检测混合物由载气（载气特性为惰性气体，不应与样品和溶剂反应。一般可选用且常用的载气有氢气，氮气，氦气。

　　氦气有最好的分离柱效果，氦气用于热导式测量组件，氢气用于当氦气不能使用的场合，另一为氦气和氢气的混合气可得到较快的响应）带入，检测混合物通过色谱柱（通常为填充柱和毛细管柱）与色谱柱内固定相（我们把色谱柱内不移动，起分离作用的填料称为固定相）相互作用，这种相互作用大小的差异使各混合物各组分按先后次序从流出，并且依次导入检测器，从而得到各组分的检测信号。按照导入检测器的先后次序，经过对比，可以区别出是什么组分，根据峰高度或峰面积可以计算出各组分含量。

　　主要特点

　　气相色谱仪因为检测器的不同而具有不同的优缺点。

　　2.1氢火焰检测器气相色谱仪

　　氢火焰检测器(FID, flame ionization detector)是利用氢火焰作电离源，使被测物质电离，产生微电流的检测器。它是破坏性的、典型的质量型检测器。

　　优点：

　　对几乎所有的有机物均有响应，特别是对烃类化合物灵敏度高，而且响应值与碳原子数成正比；对H2O、CO2和CS2等无机物不敏感；对气体流速、压力和温度变化不敏感。它的线性范围宽，结构简单、操作方便，死体积几乎为零。因此，作为实验室仪器，FID得到普遍的应用，是最常用的气相色谱检测器。

　　缺点：

　　需要可燃气体(氢气) 、助燃气体和载气三种气源钢瓶及其流速控制系统。因此，制作成一体化的便携式仪器非常困难，特别是应对突发性环境污染事件的分析与检测就更加困难，因为它需要点“一把火 ”,增加了引燃、引爆的潜在危险性

　　2.2热导检测器气相色谱仪

　　热导检测器( TCD, thermal conductivity detector)是利用被测组分和载气热导系数不同而响应的浓度型检测器（在一定浓度范围（线性范围）内，响应值R（检测信号）大小与流动相中被测组分浓度成正比（R∝C）），它是整体性能检测器，属物理常数检测方法。

　　优点：

　　它对所有的物质都有响应，结构简单、性能可靠、定量准确、价格低廉、经久耐用，又是非破坏性检测器，因此，TCD始终充满着旺盛的生命力。近十几年来，配置于商品化气相色谱仪的产量仅次于FID,应用范围较广泛。

　　缺点：

　　与其他检测器相比，TCD的灵敏度低，这是影响其应用于环境分析与检测的主要因素。使用这种检测器的便携式气相色谱仪，不适于室内外一般环境污染物分析与检测，大多用于污染源和突发性环境污染事故的分析与检测。

　　三、红外气体分析仪基本原理

　　红外气体分析仪的测量依据：朗伯-比尔定律：其物理意义是当一束平行单色光垂直通过某一均匀非散射的吸光物质时,其吸光度与吸光物质的浓度及吸收层厚度成正比。

　　红外线气体分析仪工作原理：基于某些气体对红外线的选择性吸收。红外线分析仪常用的红外线波长为2~12μm。简单说就是将待测气体连续不断的通过一定长度和容积的容器，从容器可以透光的两个端面中的一个端面侧边射入一束红外光，然后在另一个端面测定红外线的辐射强度，最后依据红外线的吸收与吸光物质的浓度成正比就可知道被测气体的浓度。

　　优点：

　　测量范围宽：可分析气体上限达100%，下限达几个（ppm）的浓度。进行精细化处理后，还可以进行痕量 (ppb)分析（物质中含量在百万分之一以下组合的分析方法）

　　灵敏度高：具有很高的监测灵敏度，气体浓度有微小变化都能分辨出来

　　测量精度高：一般都在 FS（满量程）,不少产品达到FS。与其他分析手段相比，它的精度较高且稳定性好

　　反应速度快：响应时间一般在10S以内（达到T90的时间）；

　　缺点：

　　不能分析对称结构无极性双原子分子及单原子分子气体（He、Ne、Ar）

　　四、紫外UV气体分析仪的原理

　　紫外UV气体分析仪是可见分光光度计中的一种，其分析方法属于紫外吸收光谱法，工作原理基于朗伯一比耳定律。朗伯一比耳定律A=lg(1/T)=Kbc

　　其中，A为吸光度；T为透射比，是透射光强度比上入射光强度K为摩尔吸收系数，它与吸收物质的性质及入射光的波长λ有关；c为吸光物质的浓度；b为吸收层厚度；当光源、波长和样品池厚度确定后，它们就成了常数。这时透过样品的光强度仅与样品中待测组分的浓度有关。紫外线气体分析仪就是根据这一原理工作的。

　　优点：操作简单，可以测量SO2、NOx、HCl、NH3等气体

　　缺点：测量精确度不高，同等性能、功能情况下仪器价格比红外线高