工業(yè)氣體分析技術(shù)選型指南

文/ Ruth Lindley，Jeff Gunnell

工業(yè)氣體分析技術(shù)選型指南

文/ Ruth Lindley，Jeff Gunnell

如何選擇最適合的氣體分析技術(shù)？——除了氣相色譜儀外，量子級(jí)聯(lián)激光氣體分析儀也是工業(yè)氣體分析中非常出色的分析儀器。本文對(duì)這兩種氣體檢測(cè)方法進(jìn)行了比較分析，并得出了每種氣體檢測(cè)分析技術(shù)各自最適合的應(yīng)用。

提高生產(chǎn)能力、控制有害氣體的排放和質(zhì)量保證都是對(duì)過(guò)程設(shè)備制造商提出的挑戰(zhàn)，也是過(guò)程設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)必須每天面對(duì)的問(wèn)題。當(dāng)出現(xiàn)過(guò)程工藝變更、技術(shù)規(guī)范修訂和操作人員變動(dòng)時(shí)，每一個(gè)過(guò)程行業(yè)的工程師、專(zhuān)家和技術(shù)人員都需要尋找性能強(qiáng)大且易于操作使用的新技術(shù)，以便能夠提高氣體分析效率改善整個(gè)生產(chǎn)運(yùn)行狀況。

表 氣相色譜儀與量子級(jí)聯(lián)激光器的適用性能比較

選擇適合具體應(yīng)用的檢測(cè)分析技術(shù)非常重要。在氣體分析市場(chǎng)中有很多不同的氣體檢測(cè)分析技術(shù)，要從中找出一種最適合某種具體應(yīng)用的檢測(cè)分析技術(shù)是非常困難的。本文就最受歡迎的兩種氣體檢測(cè)分析技術(shù)——GC氣相色譜技術(shù)和QCL量子級(jí)聯(lián)激光技術(shù)的選擇給出了指導(dǎo)性的建議。這兩種氣體檢測(cè)分析技術(shù)都提供了很高的檢測(cè)靈敏度和檢測(cè)精度，但根據(jù)具體應(yīng)用的不同和檢測(cè)要求的不同，我們對(duì)這兩種分析方法進(jìn)行了對(duì)比。量子級(jí)聯(lián)激光器氣體分析儀的價(jià)格與氣相色譜儀的價(jià)格相差不多，兩種檢測(cè)分析技術(shù)方法都提供了多組分分析能力，因此在這兩種技術(shù)方法中進(jìn)行選擇時(shí)，主要考慮的就是具體的應(yīng)用要求。

氣相色譜分析儀

氣相色譜法是應(yīng)用最為廣泛的碳?xì)浠衔餀z測(cè)分析方法。這種方法的優(yōu)點(diǎn)包括：檢測(cè)范圍廣（從ppm到100%）、可對(duì)多種組分進(jìn)行檢測(cè)以及檢測(cè)結(jié)果的再現(xiàn)性。過(guò)程氣相色譜是為在過(guò)程設(shè)備中進(jìn)行檢測(cè)而開(kāi)發(fā)的，在煉油廠、石油化工廠以及環(huán)境保護(hù)等行業(yè)中使用。在這些應(yīng)用領(lǐng)域中，性能可靠的檢測(cè)分析儀器能夠連續(xù)并精確地對(duì)氣體或者液體進(jìn)行監(jiān)控。氣相色譜分析儀是一種多功能的分析儀器，能夠?qū)σ后w、氣體以及大量的不同分子進(jìn)行檢測(cè)。它能夠把復(fù)雜的混合組分逐一分析出來(lái)，也可以檢測(cè)異構(gòu)體的濃度，原則上可以對(duì)數(shù)十種組分進(jìn)行檢測(cè)分析。

量子級(jí)聯(lián)激光氣體分析儀

量子級(jí)聯(lián)激光檢測(cè)技術(shù)是一種相對(duì)較新的氣體分析技術(shù)。其原理為T(mén)DLAS可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)在氣體狀態(tài)下對(duì)物質(zhì)的組成成分進(jìn)行檢測(cè)分析的技術(shù)。量子級(jí)聯(lián)激光器具有功能強(qiáng)大的中紅外光的光源，因此與半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)相比也有著更好的性能。量子級(jí)聯(lián)激光器能夠識(shí)別許多特異組分，具有很寬的動(dòng)態(tài)檢測(cè)范圍和很高的檢測(cè)精度，并且維護(hù)工作量小，使用壽命長(zhǎng)。一般情況下，量子級(jí)聯(lián)激光分析儀可以一次完成12種組分的檢測(cè)。但這些被測(cè)組分必須是小分子氣體組分，例如二氧化碳、氨或者直至C4的烴類(lèi)。當(dāng)被測(cè)樣品是液體、大分子氣體或者流體中含有的組分量很大時(shí)，則氣相色譜法是正確的選擇。

檢測(cè)分析速度

在某些應(yīng)用中，對(duì)分析儀的檢測(cè)分析速度有著很高的要求。在這種應(yīng)用情況下，量子級(jí)聯(lián)激光分析儀比氣相色譜儀更具優(yōu)勢(shì)。用量子級(jí)聯(lián)激光器進(jìn)行檢測(cè)分析時(shí)，被測(cè)樣品通過(guò)測(cè)量池，在測(cè)量池中受到激光射束的連續(xù)照射和檢測(cè)分析。檢測(cè)時(shí)間的長(zhǎng)短取決于檢測(cè)單元徹底沖洗的時(shí)間長(zhǎng)短，一般情況下不到10 s就可以獲得90%的變化信息。它的檢測(cè)分析結(jié)果是真正的連續(xù)性檢測(cè)分析結(jié)果，顯示檢測(cè)分析的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。而氣相色譜法則不同，它的工作原理是先注入樣品再對(duì)樣品進(jìn)行檢測(cè)。因此氣相色譜法的檢測(cè)分析時(shí)間較長(zhǎng)，根據(jù)檢測(cè)分析任務(wù)的不同，一個(gè)檢測(cè)分析周期的時(shí)間在1～15 min之間。這樣一來(lái)它所檢測(cè)到的濃度數(shù)據(jù)就是周期性的數(shù)據(jù)而非連續(xù)性的數(shù)據(jù)。當(dāng)需要快速的、連續(xù)性的檢測(cè)分析時(shí)，量子級(jí)聯(lián)激光技術(shù)是更好的選擇。

靈敏度

在靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍方面，量子級(jí)聯(lián)激光分析儀的性能比氣相色譜儀要好。量子級(jí)聯(lián)激光分析儀可以對(duì)某些濃度只有ppb級(jí)（納克級(jí)）的混合物進(jìn)行檢測(cè)。另外它的濃度檢測(cè)范圍很廣，可以在一臺(tái)分析儀中完成從ppb級(jí)到百分比級(jí)的濃度檢測(cè)，只需調(diào)整不同的光路路徑長(zhǎng)度或者使用不同吸收強(qiáng)度的吸收峰即可。

在檢測(cè)樣品全部組成成分時(shí)，氣相色譜儀也是經(jīng)常需要使用的檢測(cè)分析儀器。它能夠在ppm（微克級(jí)）級(jí)的范圍內(nèi)完成樣品成分的濃度檢測(cè)，同時(shí)也能對(duì)比例最高為100%的主要成分進(jìn)行測(cè)定。為了能夠利用氣相色譜儀完成濃度ppb級(jí)的檢測(cè)分析，通常情況下需要使用專(zhuān)門(mén)的進(jìn)樣器以及特制的色譜柱，操作更加復(fù)雜，成本也更加昂貴。若對(duì)靈敏度要求很高，或者需要較大的動(dòng)態(tài)范圍時(shí)（例如：提供過(guò)程故障可追朔性的在線(xiàn)純度檢測(cè)時(shí)），量子級(jí)聯(lián)激光分析儀是理想的選擇。若要檢測(cè)分析出被測(cè)樣品中的每一種組成成分（包含主要組分濃度）時(shí)，氣相色譜儀表現(xiàn)更好。

生命周期費(fèi)用

一般情況下，量子級(jí)聯(lián)激光分析儀的使用運(yùn)行費(fèi)用比氣相色譜儀低。氣相色譜儀工作時(shí)需要載氣，通常是氫氣、氦氣或者是氮?dú)狻６孔蛹?jí)聯(lián)激光分析儀工作時(shí)則不需要這些氣體。

量子級(jí)聯(lián)激光器非常堅(jiān)固耐用，可進(jìn)行多次驗(yàn)證，利用被測(cè)氣體進(jìn)行實(shí)時(shí)的校準(zhǔn)標(biāo)定。因此，利用標(biāo)氣對(duì)量子級(jí)聯(lián)激光分析儀進(jìn)行計(jì)量檢定的周期就可以是每12個(gè)月進(jìn)行一次，減少頻繁標(biāo)定。

綜合使其成為可能

將半導(dǎo)體激光分析儀與量子級(jí)聯(lián)激光分析儀結(jié)合在一起的混合型技術(shù)解決方案提供了過(guò)程工藝檢測(cè)分析和有害氣體排放監(jiān)控檢測(cè)的新方案。這一解決方案提供了全面且復(fù)雜的檢測(cè)分析技術(shù)方法。因?yàn)樗芡瓿梢幌盗薪M分在ppm范圍內(nèi)的濃度檢測(cè)，同時(shí)它也明顯降低了分析儀操作使用的難度和使用運(yùn)行的費(fèi)用。與傳統(tǒng)的連續(xù)性氣體檢測(cè)分析儀相比，這種混合型分析儀能夠在一臺(tái)設(shè)備中同時(shí)完成最多12種關(guān)鍵氣體成分和可能的污染物檢測(cè)分析，從而滿(mǎn)足了各項(xiàng)環(huán)保要求。

本文作者供職于Emerson公司自動(dòng)化解決方案業(yè)務(wù)。