红外线吸收式分析仪

2.2-2空气中氧气体积分数的测定一、设计意图这节课选自“2.1人类赖以生存的空气”，教材安排“空气的组成”、“空气中氧气的体积分数的测定”、“空气的污染和防治”为一课时，但我将其中的“空气中氧气的体积分数的测定”单独作为一课时，并且将其安排在“氧气的性质”之后进行教授。

因为一方面是如果没有“氧气的性质”做铺垫，就不存在学生对实验药品的选择，而且教师也只能机械地讲授，无法突破此难点。

从另一角度看，这节课也是对氧气的性质的深入理解和实际应用。

本节课以拉瓦锡的钟罩实验为切入点，以改进实验原理和设计实验装置为主线。

以学生对拉瓦锡的实验进行批判为导火线，在小组合作学习的基础上完成：合适药品的选择、实验装置的设计，之后由教师完成实验（考虑到红磷燃烧有污染）。

教师引导学生正确面对失败，分析原因，反复尝试。

最后拓展到此方法是用来测定混合气体中某一组分的含量的多种方法之一。

二、教学设计[教学目标]知识与技能理解空气中氧气体积分数测定的方法过程与方法在设计实验的过程中，体会科学探究的基本方法情感态度与价值观通过化学实验，体验小组合作学习的重要性[教学重点] 空气中氧气体积分数测定的方法[教学难点] 空气中氧气体积分数测定的原理及装置的选择方法[教具准备] 红磷、集气瓶、钟罩、试管、橡皮塞、导管、燃烧匙、水槽[教学方法] 实验探究体积分数附录:课堂上学生设计的实验装置:A B C巩固练习：1、下列几种物质中，可以用来测定空气组成的是………………………………（）A、铁B、碳C、硫D、红磷2、某学生用右下图的实验装置进行实验。

问题探究：1)请你归纳，该实验的目的：__________________________________________；2)请你分析后提出，可能造成实验值偏小的原因①____________________________________________；②____________________________________________；3) 燃烧结束后，集气瓶内剩余的气体主要是氮气。

红外气体分析仪原理
红外气体分析仪的工作原理是利用红外辐射与气体分子之间的相互作用来识别和测量气体的类型和浓度。

其主要原理包括红外光源、样品室、检测器和数据处理系统。

首先，红外光源产生特定频率的红外光束，并通过光学系统引导到样品室。

红外光会穿过样品室，射向内部的待测气体。

当红外光束通过气体时，气体分子会吸收特定频率的红外光能量。

吸收的光的强度与气体中特定分子的浓度相关。

接下来，检测器会测量并比较红外光源发出的光与通过样品室后的光的差异。

任何被气体分子吸收的红外光都会使检测器输出信号产生变化。

最后，数据处理系统会分析检测器输出信号，通过对比事先设定的气体吸收谱线和实际测量的谱线，来确定待测气体的种类和浓度。

红外气体分析仪具有快速、准确和灵敏的特点，并广泛应用于环境监测、工业过程控制以及安全防护等领域。

1红外分析仪构成1.1红外线气体分析仪红外线气体分析仪是基于红外检测原理，属于光学分析仪器中的一种。

它是利用不同气体对不同波长的红外线具有特殊的吸收能力来实现气体的组分检测的。

红外线式气体检测主要利用了气体对红外线的波长有选择的可吸收型和热效应两个特点。

红外线气体分析器是一种吸收式的、不分光型的气休分析器。

所谓吸收式即利用气体对电磁波的吸收特性。

不分光型也称为非色散型，即光源发射出连续光谱的射线，全部投射到被分析的气样上去。

利用气体的特征吸收波长及其积分特性进行定性和定量的分析，大部分的有机和无机气体在红外波段内都有其特征吸收峰。

有的气体还有两个或多个特证吸收峰。

具有对称结构的、无极性的双原子分子气体，如O2、H2等，以及单原子分子气体，例如Ar等，在红外线彼段内没有特征吸收峰。

因此红外线气体分析仪对这种双原子和单原子分子气体不能进行分析测量，每一台红外线气体分析器只能分析一种气体，例如一台CO2红外线气体分析器，它可以从一个多组分的混合气体中分析出CO2的体积百分比浓度，如果背景气体中的某一组分在红外线波段内有与CO2的特征吸收峰重迭的部分。

那么我们称这种背景气体为干扰组分，因此在气样进人红外线气体分析仪之前要把这种干拢组分去除掉。

水蒸汽在2.6-10µm这个很宽的波段范圈内有吸收的特性。

因此水蒸汽对红外线气体分析器来讲是一种重要的干扰组分，在分析之前都要对样气进行干燥处理，去除水分，这样才能保证测量的准确性。

红外线气体分析器的工作原理：用人工方法制造一个包括被测气体特征吸收峰波长在内的连续光谱的辐射源，让这个连续光谱通过固定厚度的含有被测气体的混合组分，在混合组分的气体层中，被测气体的浓度不同，吸收固定波长红外线的能量也不相同。

继而转换成的热量也不相同，在一个特制的红外检测器中再将热量转换成温度或压力，测量这个温度或压力就可以准确地测量出被分析气体的浓度，从朗伯特一比耳定律来看，I=I o e-kcl，就是要使红外线气体分析器辐射源的发射能量连续地通过一定厚度的被分析气样，也就是说使I o、K、L确定下来。

气体分析仪气体分析仪gas analyzer测量气体成分的流程分析仪表。

在很多生产过程中，特别是在存在化学反应的生产过程中，仅仅根据温度、压力、流量等物理参数进行自动控制常常是不够的。

例如，在合成氨生产中，仅控制合成塔的温度、压力、流量并不能保证最高的合成率，必须同时分析进气的化学成分，控制氢气和氮气的最佳比例，才能获得较高的生产率。

又如在锅炉的燃烧控制中除需控制燃料与助燃空气的比例外，还必须在线分析烟道的化学成分，据此改变助燃空气的供给量，使炉子获得最高的热效率。

此外，在排出有害气体的工厂中，也必须采用气体分析仪对有害气体进行连续监视，以防止危害工人健康或污染环境或引起爆炸等恶性事故。

由于被分析气体的千差万别和分析原理的多种多样，气体分析仪的种类繁多。

常用的有热导式气体分析仪、电化学式气体分析仪和红外线吸收式分析仪等。

热导式气体分析仪一种物理类的气体分析仪表。

它根据不同气体具有不同热传导能力的原理，通过测定混合气体导热系数来推算其中某些组分的含量。

这种分析仪表简单可靠,适用的气体种类较多,是一种基本的分析仪表。

但直接测量气体的导热系数比较困难，所以实际上常把气体导热系数的变化转换为电阻的变化，再用电桥来测定。

热导式气体分析仪的热敏元件主要有半导体敏感元件和金属电阻丝两类。

半导体敏感元件体积小、热惯性小，电阻温度系数大,所以灵敏度高,时间滞后小。

在铂线圈上烧结珠形金属氧化物作为敏感元件，再在内电阻、发热量均相等的同样铂线圈上绕结对气体无反应的材料作为补偿用元件(图1)。

这两种元件作为两臂构成电桥电路，即是测量回路。

半导体金属氧化物敏感元件吸附被测气体时，电导率和热导率即发生变化，元件的散热状态也随之变化。

元件温度变化使铂线圈的电阻变化，电桥遂有一不平衡电压输出，据此可检测气体的浓度。

热导式气体分析仪的应用范围很广，除通常用来分析氢气、氨气、二氧化碳、二氧化硫和低浓度可燃性气体含量外，还可作为色谱分析仪中的检测器用以分析其他成分。

红外气体检测分析原理红外气体检测原理与气体分析仪红外线气体分析仪，是利用红外线进行气体分析。

它基于待分析组分的浓度不同，吸收的辐射能不同．剩下的辐射能使得检测器里的温度升高不同，动片薄膜两边所受的压力不同，从而产生一个电容检测器的电号。

这样，就可间接测量出待分析组分浓度。

１．比尔定律红外线气体分析仪是根据比尔定律制成的。

假定被测气体为一个无限薄的平面．强度为k的红外线垂直穿透它，则能量衰减的量为：I=I0e-KCL(比尔定律)式中：I--被介质吸收的辐射强度；I0--红外线通过介质前的辐射强度；K--待分析组分对辐射波段的吸收系数；C--待分析组分的气体浓度；L--气室长度(赦测气体层的厚度)对于一台制造好了的红外线气体分析仪，其测量组分已定，即待分析组分对辐射波段的吸收系数k一定；红外光源已定，即红外线通过介质前的辐射强度I0一定；气室长度L一定。

从比尔定律可以看出：通过测量辐射能量的衰减I，就可确定待分析组分的浓度C了。

２．分析检测原理红外线气体分析仪由两个独立的光源分别产生两束红外线，该射线束分别经过调制器，成为5Hz的射线。

根据实际需要，射线可通过一滤光镜减少背景气体中其它吸收红外线的气体组分的干扰。

红外线穿过两个气室，一个是充满连续流动的待测气体的测量室，另一个是充满不吸收背景气体的参考室。

工作时，测量室内待测气体浓度变化时，吸收的红外光量相应变化，而参考光束(参考室光束)的光量不变。

来自两个腔室的光量差通过探测器，使探测器产生压力差，成为电容探测器的电号。

该号经号调理电路放大后，送至主控制器的显示器和crt显示器。

输出号的大小与被测成分的浓度成正比。

我们所用的检测器是薄膜微音器。

接收室内充以样气中的待测组分，两个接收室中间用一个薄的金属膜隔开，在两测压力不同时膜片可以变形产生位移，膜片的一侧放一个固定的圆盘型电极。

可动膜片与固定电极构成了一个电容变进器的两极。

整个结构保持严格的密封，两接收气室内的气体为动片薄膜隔开，但在结构上安置一个大小为百分之几毫米的小孔，以使两边的气体静态平衡。

过程分析仪表选型的一般原则是什么？取样与预处理装置有什么要求？ ...过程分析仪器仪表又称在线分析仪器仪表，是用于工业生产流程中对物质的成分及性质进行自动分析与测量仪器仪表的总称，重点为燃烧控制、废气安全回收、流程工艺控制、质量监测所需的自动化分析产品，所显示的数据反映生产中的实时状况。

过程分析仪表选型的一般原则是什么？取样与预处理装置有什么要求？接下来，就给你说一下吧！过程分析仪表选型的一般原则（1）选用过程分析仪表时，应详尽了解被分析对象工艺过程介质特性、选用仪表的技术性能及其它限制条件。

（2）应对仪表的技术性能和经济效果作充分评估，使之能在保证产品质量和生产安全、增加经济效益、减轻环境污染等方面起到应有的作用。

（3）所选用分析仪表检测器的技术要求应能满足被分析介质的操作温度、压力和物料性质，特别是全部背景组份及含量的要求。

（4）仪表的选择性、适用范围、精确度、量程范围、最小检测量和稳定性等技术指标，须满足工艺流程要求，并应性能可靠，操作、维修简便。

（5）对用于腐蚀性介质或安装在易燃、易爆、危险场所的分析仪表，应符合相关条件或在采取必要的措施后能符合使用要求。

（6）用于控制系统的分析仪表，其线性范围和响应时间须满足控制系统的要求。

取样与预处理装置1取样要求（1）由取样点取出的试样应有代表性，在通过取样系统后不应引起组份和含量的变化。

取样口应设置在维护人员易接近之处，并应兼顾到试样的温度、压力和滞后时间。

取样口不能选在流体呈层流的低流速区及节流件下游的涡流区和死角。

（2）气体试样应避免液体混入，液体试样应避免夹带气体。

若工艺管线管壁易附着脏物时，应将取样探头插入管线中心。

当试样中含有固体颗粒时，则必须在取样处加装过滤器，并备有反吹接口。

（3）根据取样的工艺状况，取样系统应具备相应的减压稳流、冷凝液排放、超压放空、负压抽吸、故障报警或耐高温等功能。

（4）在取样过程中如出现凝结物时，必须采取保温伴热措施，但应避免过热引起试样组成变化。

红外线分析仪的工作原理参考资料：中国环保网（/news/details12018.htm ）红外线分析仪简介气体工业名词术语。

大多数气体分子的振动和转动光谱都在红外波段。

当入射红外辐射的频率与分子的振动转动特征频率相同时，红外辐射就会被气体分子所吸收，引起辐射强度的衰减。

利用这种气体分子对红外辐射吸收的原理而制成的红外气体分析仪，具有测量精度高，速度快以及能连续测定等特点，在钢铁，石油化工，化肥，机械等工业部门，红外气体分析仪是生产流程控制的重要监测手段；在环境污染成分检测和医学生理研究等方面也都有许多成功的应用。

红外线分析仪的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的中的一个端面一侧入射一束红外光，然后在另一个端面测定红外线的辐射强度，然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。

本项目中采用的是ABBAO2000系列仪表，配以URAR26红外模块。

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。

这就是红外线气体分析仪的测量依据。

红外线便携式分析仪器，是基于某些气体对红外线的选择性吸收原理而制成的，该原理的便携式分析仪器是目前在国内市场上是最为精确，数字显示、操作简单，低返修率的一款仪器。

已经受到国内外众多用户的普遍欢迎。

红外线分析仪的用途卫生防疫部门、环境检测站等部门，对宾馆、商店、影剧院、舞厅、医院、车厢、船舱等公共场合的各种气体浓度的测定。

也可用于实验室分析。

根据用户的不同需求，该原理仪器主要用于测量CO2、CO，CH4、SO2等气体浓度。

红外线分析仪的技术参数1.测量范围：CO2最低：0-50ppm,最高：0-100% CO 最低：0-50ppm,最高：0-100%（其他用户需求自定）2.零点漂移：≤±2%F.S/4h 量程漂移：≤±2%F.S/4h3.线性度：≤±2%F.S4.重复性：≤±1%5.预热时间：15min红外线气体分析仪一般由气路和电路两部分组成，它的气路和电路的联系部件也是核心部分是发送器，发送器是红外分析仪的“心脏”部分，它将被测组分浓度的变化转为某种电参数的变化，并通过相应的电路转换成电压或电流输出。

红外线分析仪的作用与应用什么是红外线分析仪红外线分析仪（Infrared Spectrometer）也称为红外线光谱仪，是一种利用物质分子在特定波长的红外光的区域内吸收或发生散射、反射而得到样品的光谱特征的仪器设备。

其原理是将白炽灯等光源发出的光通过一个分光装置将光分为多种波长的光，然后照射到测试物质表面与其相互作用，最后记录下被测试物质所吸收、散射或反射的光谱信息。

红外线分析仪的作用红外线分析仪适用于各种物质的物理、化学性质分析，广泛用于工业、农业、医学、环保及科研等领域。

具有如下几个特点：1. 高灵敏度红外线分析仪可对物质的分子构成进行详细分析，其灵敏度高，可检测到样品中微量成分的存在。

2. 快速分析与其他传统的分析方法相比，红外线分析仪具有方法简单、快速分析、精度高等优点，可以有效提高工序中的分析效率。

3. 可靠性强红外线分析仪可以通过对样品分子的振动吸收谱进行分析，可以对样品的物理、化学等性质进行准确的分析。

通过对样品的特殊光谱分析，可以在无需破坏样品的情况下，对样品的特定分子成分进行分析，也可以详细鉴别材料的成分、内部结构以及化学状态等。

红外线分析仪的应用红外线分析仪在各个领域中都有广泛的应用，以下是几个常见的应用：1. 化学行业在化学制造行业中，红外线分析仪可以快速分析化学物品的结构和性质，同时可以检测有毒或有害化学物质，以确保产品的质量和安全性。

2. 医学领域在医学领域中，红外线分析仪可以用于检测生物分子，例如蛋白质、DNA或RNA等。

此外，它也可以用来确定药物中的活性成分和化合物配方，从而确定药品质量。

3. 石油行业在石油行业中，红外线分析仪可以用来检测石油中的化学组分，例如，红外线分析仪可以用来检测石油中的硫化氢、二氧化碳、氨气等。

4. 食品分析在食品行业中，红外线分析仪可以用来检测食品中的成分和营养素，例如，化学成分、脂肪含量、果糖含量、蛋白质含量、氨基酸含量等。

5. 环境领域在环境领域中，红外线分析仪可以用来检测大气中的气态物质，例如，S02、NOx等；也可以用于测定各种环境污染物，如甲醛、苯、酚等。

气体红外分析仪使用方法说明书一、概述气体红外分析仪是一种用于检测和分析气体成分的仪器。

其原理是利用气体分子在红外光谱范围内吸收红外辐射的特性，通过检测吸收光强变化来确定气体成分的含量和浓度。

本使用方法说明书将详细介绍气体红外分析仪的使用步骤和操作注意事项，以供用户参考。

二、设备准备1. 确保气体红外分析仪处于正常工作状态，在接通电源之前，检查仪器的各个部分是否完好无损；2. 准备适用于红外分析的气体样品，确保样品纯净、稳定，并具备与仪器相匹配的气体浓度范围；3. 检查仪器所需的滤光片和光源是否齐全，并清洁干净。

三、使用步骤1. 打开气体红外分析仪电源开关，待仪器启动并进入工作状态；2. 进行仪器的零点校准，即在无样品气体存在的情况下将仪器调零。

注意，在校准之前，需等待一定的预热时间，以确保仪器达到稳定状态；3. 将待分析的气体样品导入气体红外分析仪，可以通过连接气体采样管路或者使用气袋等方式导入；4. 设定所需的分析参数，包括温度范围、浓度范围等。

根据具体的仪器型号，可以通过旋钮、触摸屏或电脑软件等方式进行设置；5. 开始进行气体分析，观察并记录仪器显示的气体浓度数值。

注意，测量结果会受到环境温度、湿度等因素的影响，因此在不同的环境条件下可能需要进行相应的修正；6. 分析结束后，关闭气体红外分析仪电源开关，进行仪器的清洁和维护工作。

四、操作注意事项1. 气体红外分析仪工作期间产生的光线可能对人眼和皮肤造成伤害，请避免直接凝视光源部分，并使用个人防护设备；2. 在使用气体红外分析仪之前，应对仪器的操作方法和安全规范进行充分了解，并接受相关培训；3. 严禁使用气体红外分析仪进行超出其测量范围或不适用的气体分析，以防止仪器损坏或操作不准确；4. 如在使用过程中出现异常情况或故障，请立即停止使用，并联系维修人员进行检查和维护；5. 定期进行气体红外分析仪的校准和维护工作，以确保仪器的准确性和可靠性；6. 请妥善保管仪器附件和配件，避免丢失或损坏。