如何用非色散紅外氣體分析儀測量氣體中特定組分濃度

非色散紅外氣體分析儀（Non-Dispersive Infrared Gas Analyzer，簡稱NDIR）是一種利用紅外光譜學原理，測量氣體中特定組分濃度的儀器。它主要由紅外光源、光路、紅外探測器、電路和軟件算法組成，具有靈敏度高、穩定性好、維護簡單等特點，廣泛應用于環境監測、工業控制、生物研究等領域。

紅外光譜學原理是指不同的氣體分子對紅外光有不同的吸收特性，即每種氣體分子都有其特定的吸收波長或吸收帶。當紅外光通過含有某種氣體的樣品室時，該氣體會吸收其特定波長的紅外光，從而使通過樣品室的紅外光強度減弱。根據比爾定律（Beer-Lambert Law），氣體的濃度與其吸收的紅外光強度成正比，因此可以通過測量樣品室和參比室（不含目標氣體）之間的紅外光強度差，來計算出目標氣體的濃度。

非色散紅外氣體分析儀的主要結構如下：

紅外光源：一般為石英燈或鎢燈，發射出寬帶的紅外光。

光路：包括樣品室、參比室、濾波器、反射鏡等，用于引導和調節紅外光的傳輸。

紅外探測器：一般為熱電偶或熱釋電堆，用于將紅外光轉換為電信號。

電路：包括放大器、調制器、解調器等，用于處理和放大電信號。

軟件算法：用于根據電信號和標定曲線，計算出目標氣體的濃度和輸出結果。

非色散紅外氣體分析儀的主要優點如下：

靈敏度高：由于使用了單色或窄帶紅外光，可以有效地避免其他氣體的干擾，提高目標氣體的檢測靈敏度。

穩定性好：由于使用了參比室，可以有效地消除紅外光源、紅外探測器和環境溫度等因素的影響，保證測量結果的穩定性。

維護簡單：由于使用了單光束系統，無需復雜的校準和調節，只需定期更換紅外光源和濾波器即可。

應用廣泛：由于可以根據不同的目標氣體，選擇不同的濾波器和標定曲線，可以實現多種氣體的測量，包括CO2、CO、CH4、NO、SO2等。

在一家生物質發電廠，為了控制鍋爐的燃燒效率和減少溫室氣體的排放，需要對鍋爐煙氣中的CO2、CO、CH4、O2等氣體組分進行實時監測。該廠采用了奕帆科技的紅外氣體分析儀，該儀器可以同時測量包括O2在內的4種組分，具有高靈敏度和高穩定性，且維護簡單。該儀器通過與鍋爐控制系統相連，可以根據測量結果自動調節鍋爐的空氣流量和燃料供給，以達到最佳的燃燒狀態。通過這種方式，該廠不僅提高了鍋爐的運行效率和安全性，還降低了能源消耗和污染物排放，實現了經濟效益和環境效益的雙贏。

綜上所述，非色散紅外氣體分析儀是一種利用紅外光譜學原理，對氣體中特定組分濃度進行測量的儀器，具有高靈敏度、高穩定性、低維護成本等優點，適用于環境監測、工業控制、生物研究等領域。然而該儀器也存在一些局限性，如測量精度受濾波器選擇和標定曲線影響、儀器成本較高、儀器體積較大等。因此，在選用和使用非色散紅外氣體分析儀時，應根據具體的應用場景和條件，進行合理的評估和優化。