成分分析技术及仪表

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1、6成分分析技术及仪表《过程检测技术及仪表》内容安排：6.1概述6.2热导式气体分析仪6.3红外线气体分析仪6.4色谱分析仪6.5氧分析仪6.6工业电导仪6.7浓度计6.8PH计6.9硅酸根表6.10钠表6.11溶解氧表6.12成分分析仪表的选用6.1概述成分检测方法很多，可以按工作原理、测试对象、使用目的及使用场合来进行分类。成分分析仪表一般包括自动取样装置、预处理系统、分离检测器、信号处理系统及显示仪表等。成分分析主要是用来检定、测量物质的组成和特性，研究物质的结构。用于成分检测的仪表称为成分分析仪表。6.2热导式气体分析仪热导式气体分析仪是一种热学式气体

2、分析仪，它是利用不同气体导热特性不同的原理进行分析的。常用于分析混合气体中H2、CO2、NH3、SO2、Ar等组分的百分含量。6.2.1工作原理各种气体都具有一定的导热能力，但是导热系数有一定差异。几种气体在0℃时的导热系数混合气体是由多组分气体组成，彼此之间无相互作用，其导热系数可以近似地认为是各组分导热系数的算术平均值如果被测组分的导热系数为，其余组分为背景组分，并假定它们的导热系数近似等于，则混合气体的总导热系数为被测组分的体积百分含量为在实际测量中，要求混合气体中背景组分的导热系数必须近似相等，并与被测组分的热导系数有明显差别。6.2.2热导检测器热

3、导式气体分析仪的检测器又称热导池，它将由于混合气体中待测组分含量变化所引起总的导热系数的改变转换为电阻的变化。热导池的结构（一）(a)(b)热导池结构示意图（二）6.2.3测量电路热导式气体分析仪的测量桥路：在实际使用时，为了降低外界的干扰，提高仪表的测量精度，还可采用双臂单电桥测量系统或采用双电桥测量系统。6.3红外线气体分析仪红外线气体分析仪属于光学分析仪表。它是利用不同气体对不同波长的红外线具有选择性吸收的特性来进行分析的。仪常用于连续分析混合气体中CO、CO2、CH4、NH3等气体的浓度。6.3.1红外线气体分析仪的理论基础各种气体对红外光谱范围内波

4、长具有选择吸收能力，吸收光谱如下图。红外线通过吸收物质前后其光强度与被测组分浓度的关系服从朗伯—贝尔定律当光强度为I0的光通过均匀介质后，剩余光强度的大小I将随着介质浓度C和光程L的增大而按指数规律衰减。6.3.2结构及原理1-光源；2-抛物体反射镜；3-同步电动机；4-切光片；5-滤波室；6-参比室；7-测量室；8-红外探测器；9-放大器测量时(如分析CO气体的含量)，两束红外线经反射、切光后射入测量气室和参比气室，测量气室中的CO气体对4.65μm的红外线有较强的吸收能力，而参比气室中气体不吸收红外线，这样探测器两个吸收气室的红外线光造成能量差异，使两吸

5、收室压力不同，测量室一侧的压力减小，于是薄膜偏向定片方向，改变了电容C。电容的变化量就反映了被测气体的浓度。6.4色谱分析仪基于色谱法原理构成的分析仪器称为色谱仪，它既能鉴定混合物是由哪些组分组成，又能测出各组分的含量。6.4.1检测原理茨维特实验:当石油醚携带菠菜叶色素混合物流经碳酸钙粉末时，由于各种叶色素分子在结构和性质上的差异，它们在石油醚中的溶解能力的大小各不相同。色谱分析方法是利用色谱柱将混合物各组分分离开来，然后按各组分从色谱柱出现的先后顺序分别测量，根据各组分出现的时间以及测量值的大小可确定混合物的组成以及各组分的浓度。混合物在色谱柱中的分离过

6、程色谱分析法根据流动相的不同可分为气相色谱法和液相色谱法两种。气相色谱仪液相色谱仪6.4.2气相色谱仪气相色谱仪基本结构框图作为流动相的气体叫载气，它是对样品和固定相呈惰性，专门用来载送样品的气体。通常用H2、N2、Ar、He等气体作载气。气相色谱分析流程*气相色谱检测器（Detector）检测器是将色谱柱分离开来的各个组分信号转换成电信号的装置，是色谱仪的关键部件之一。其种类较多，原理和结构各异。下面介绍热导池检测器和氢焰离子化检测器。⑴热导池检测器（TCD）池体一般用不锈钢制成，孔道是气路的一部分，孔道内装有热敏元件。进样后，参比臂流过的仍然是纯载气，R

7、参不变；但载气携带试样组分流过测量臂，使测量臂的温度改变，引起R测的变化，使测量臂和参比臂的电阻值不等，这时电桥失去平衡，有信号电压输出，信号大小与组分性质及浓度相关，记录仪记录下组分浓度随时间变化的峰状图形。将双臂热导池中的两根热丝与具有相同电阻值的固定电阻R1、R2连接成惠斯登电桥。当仪器工作、且未进样时，热丝通电，其环境是稳定流动的载气，加热与散热达到平衡后，电桥平衡，无信号电压输出，记录仪走基线。⑵氢火焰电离检测器（FID）点火后，产生约2100℃的火焰，待测组分在火焰中首先进行热裂解，然后，其中约百万分之一发生化学电离，成正离子和电子。生成的成正离

8、子和电子在100～350V的极化电压的作用下，分别向