Контроль токсичности отработавших газов методом инфракрасной спектроскопии

Более универсальны и точны инфракрасные газоанализаторы. Принцип их действия основан на избирательном поглощении энергии инфракрасного излучения молекулами газа.

Если собрать установку, показанную на рис. 2.6 и через кювету пропускать разные газы, то окажется, что при пропускании диоксида углерода СО₂ поглощается излучение с длиной волны 4,3 мкм, оксида углерода СО – излучение с длиной волны 4,7 мкм, углеводородов СН – 5,2 мкм, и т.д.

Рис.2.6. Схема экспериментальной установки

Вследствие захвата молекулами этих газов части энергии излучения, на спектре излучения соответственно указанным длинам волн видны энергетические провалы (рис.2.7).

Рис.2.7. Спектр инфракрасного излучения после поглощения молекулами газов излучения с определенными длинами волн

Это явление и положено в основу конструкции газоанализатора, действующего по принципу инфракрасной спектрометрии (рис.2.8).

Рис.2.8. Инфракрасный газоанализатор: 1 – источник инфракрасного излучения; 2 – эталонная камера; 3 – измерительная камера; 4,5 – полости фотоприемника; 6 – фотоприемник; 7 – термочувствительные элементы (термисторы); 8 – измерительный мост; 9 – указатель

Отработавшие газы, очищенные от сажи, масла и паров воды прокачиваются через измерительную камеру 3. Эталонная камера постоянно заполнена азотом или чистым воздухом. Инфракрасное излучение, создаваемое источником 1, направляется вдоль осей камер и поглощается газом, вид которого подлежит анализу, находящимся в замкнутых полостях 4 и 5 фотоприемника 6. В каждой полости смонтирован термистор, соединенный с измерительным мостом 8 и указателем 9.

Если в измерительной камере в составе отработавших газов содержится тот же газ, что и фотоприемнике, то вследствие поглощения им части энергии, газ в полости 5 нагревается меньше, чем в полости 4. Это вызывает нагрев термисторов до разной температуры и разбалансировку электрического моста пропорционально концентрации анализируемого газа.

Для измерения концентрации другой компоненты достаточно заменить капсулу фотоприемника, в которой должна содержаться именно эта компонента. В многокомпонентных газоанализаторах уже установлено несколько фотоприемников с анализируемыми газами, а инфракрасное излучение направляется на них последовательно с помощью диска с отверстиями (обтюратора). Погрешность измерения такими приборами составляет от 0,5 до 3,0 %, в зависимости от особенностей конструкции и класса точности.