氣體成分分析

關(guān)于氣體成分分析第1頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月§9-1CO、CO2的測(cè)量方法 不分光紅外吸收法

電導(dǎo)法 氣相色譜法 間接原子吸收法一、不分光吸收式紅外線氣體分析器1.原理——被測(cè)氣體對(duì)紅外光的特征吸收進(jìn)行定量分析被測(cè)氣體→氣室→被測(cè)組分CO或CO2

吸收特征波長(zhǎng)光輻射。

(特征波長(zhǎng)照射)吸收光能的多少～被測(cè)氣體組分濃度

氣室第2頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月I——透射的特征波長(zhǎng)紅外光強(qiáng)度Io——入射的特征波長(zhǎng)紅外光強(qiáng)度K——被測(cè)組分對(duì)特征波長(zhǎng)的吸收系數(shù)L——入射光透過(guò)被測(cè)樣品的光程C——樣品中被測(cè)組分的濃度在紅外氣體分析器中：紅外輻射光源的入射強(qiáng)度不變Io=cost紅外線透過(guò)被測(cè)樣品的光程不變L=cost對(duì)待測(cè)的特征組分、吸收系數(shù)不變K=cost

I=f(C)比爾定律第3頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月組成：紅外光源、切光器、氣室、光檢測(cè)器、電子線路第4頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月鎳锘絲加熱至600～1000C輻射紅外光分成平行光切光片濾波室測(cè)量室參比氣室吸收部分特征光光強(qiáng)減弱接收室放大與顯示第5頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1）金屬薄膜（動(dòng)片11）將接吸室內(nèi)的空腔分成容積相等的兩個(gè)接吸室——內(nèi)充滿等濃度的CO氣體2）容量—側(cè)固定一圓形金屬片（定片10）—組成電容器

未測(cè)量時(shí)，紅外光束射入接收室后，被其中CO吸收，使氣體T↑—內(nèi)部壓力↑。兩邊壓力相等、動(dòng)片薄膜維持在平衡位置。測(cè)量氣室中有待測(cè)組分時(shí)——吸收接收室的紅外光——這邊的溫度降低，壓力減小——金屬薄膜偏面固定金屬片一方——電容器兩極間距離變化——電容量變化原理——利用待測(cè)組分的變化引起電容量變化來(lái)測(cè)量待測(cè)組分的濃度。

光檢測(cè)器——薄膜電容微音器第6頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月D——薄膜動(dòng)極與固定電極間距離K——比例系數(shù)——?dú)怏w介電常數(shù)F——電容極板面積二、電導(dǎo)法一氧化碳?xì)怏w分析器（1）工作原理：用測(cè)定溶液電導(dǎo)的方法來(lái)測(cè)定物質(zhì)量電解值溶液中插入一對(duì)電極，并外接電源。則

G——電導(dǎo)

F——電極面積

L——兩極間距離

r——溶液電導(dǎo)率

第7頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)量電導(dǎo)λ

：1克當(dāng)量電解液全部放在相距1cm的兩電極間所得的電導(dǎo)電導(dǎo)率與當(dāng)量電導(dǎo)的關(guān)系C——溶液的當(dāng)量濃度確定的電極體系：L、F——固定不變較窄濃度范圍內(nèi)：設(shè) K——電極常數(shù)令

測(cè)出G→C第8頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月C與G關(guān)系：b——與所選電導(dǎo)值有關(guān)的常數(shù)（2）CO氣體分析儀原理

2NaOH+CO2=Na2CO3+H2OOHˉ的當(dāng)量電導(dǎo)>CO3ˉ的當(dāng)量電導(dǎo)吸收CO2后，原NaOH溶液的電導(dǎo)下降測(cè)出NaOH溶液電導(dǎo)改變→CO2量→CO量（3）組成取樣系統(tǒng)、分析器、測(cè)量顯示部分第9頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月被分析氣樣→初步處理→I2O5氧化爐→產(chǎn)生CO2

、I2硫脲過(guò)濾器流量計(jì)→與參比電導(dǎo)池來(lái)的電導(dǎo)液按一定比例混合→CO2被吸收→殘余氣體排空→測(cè)量電導(dǎo)池－測(cè)出由CO2而降低的電導(dǎo)率第10頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月溶液再生器（15）作用：儀器在工作過(guò)程中，消耗溶液中的氫氧化納，為使儀器長(zhǎng)期穩(wěn)定工作，需要不斷更新電導(dǎo)液。用強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂除去碳酸根→電導(dǎo)液再生。

§9-2SO2的測(cè)量方法：庫(kù)侖滴定法、電導(dǎo)法、紫外熒光法、分光光度法、火焰光度法等。一、庫(kù)侖滴定法——一種建立在電解基礎(chǔ)上的分析方法1.原理：試液中加入適當(dāng)物質(zhì)，以一定強(qiáng)度的恒量電流進(jìn)行電解→工作電極上產(chǎn)生→試劑（滴定劑）第11頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.SO2分析儀組成：恒流電源、庫(kù)倫池、測(cè)量顯示部分試劑被測(cè)物質(zhì)定量反應(yīng)反應(yīng)終點(diǎn)（電化學(xué)方法指示）庫(kù)倫法必要條件：在電極上只發(fā)生所需求的電解氧化反應(yīng)，而不發(fā)生其他任何副作用1）庫(kù)侖池——鉑絲陽(yáng)極、鉑網(wǎng)陰極、活性碳參比電極及堿性典化鉀溶液第12頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2）工作過(guò)程電流→陽(yáng)極陰極參比電極負(fù)載電阻b.

陰極電位=參比電極電位+負(fù)載上的壓降在這樣電位差下，陽(yáng)極只能氧化溶液中的碘離子得到碘分子

第13頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月抽入庫(kù)侖池的氣體帶動(dòng)電解液在池中循環(huán)，碘分子→陰極后還原→碘離子c.如進(jìn)入庫(kù)侖池氣樣中不包含SO2，且無(wú)其它化學(xué)反應(yīng)當(dāng)?shù)鉂舛冗_(dá)到動(dòng)態(tài)平衡后：陽(yáng)極氧化的碘=陰極還原的碘即I陽(yáng)極=I陰 參比電極無(wú)I2

d.氣樣中含有SO2則每個(gè)SO2分子消耗1個(gè)I2

少一個(gè)碘分子到達(dá)陰極，陰極將少給出2個(gè)電子→陰極的I2濃度↓→I陰極↓第14頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月e.為維持電極間氧化還原平衡，參考電極上的碳還原作用給出兩個(gè)電子。

SO2消耗I2

I2參比I則參比電極電流和SO2量間關(guān)系為：P——每秒進(jìn)入庫(kù)侖池的SO2量IR——參比電極電流M——SO2分子量N——參加反應(yīng)的每個(gè)SO2分子的電子變化數(shù)設(shè)進(jìn)入庫(kù)侖池的流量為氣樣中SO2濃度為則每秒進(jìn)入庫(kù)侖池的SO2量為第15頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月若 則參比電流增加1uA→氣樣中0.08mg/m3的SO2濃度。二、電導(dǎo)法原理：溶液中電導(dǎo)率與溶液中電解質(zhì)的濃度有關(guān)r——電導(dǎo)率c——濃度m、b——常數(shù)當(dāng)濃度極低時(shí)：而電導(dǎo)與電導(dǎo)率：

第16頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月G——溶液電導(dǎo)K——電極電導(dǎo)池常數(shù)K與電極面積和極間距離有關(guān)，當(dāng)電導(dǎo)池的幾何參數(shù)固定時(shí)，k=const

測(cè)量電導(dǎo)→C2.過(guò)程（1）過(guò)氧化氫水溶液吸收SO2→H4SO4（2）吸收液電導(dǎo)率（與SO2含量有關(guān)）（3）測(cè)量吸收液吸收SO2前后電導(dǎo)率→SO2濃度

3.測(cè)量?jī)x的組成

第17頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（1）參比電導(dǎo)池2——測(cè)量空白吸收液電導(dǎo)率K（2）測(cè)量電導(dǎo)池5——測(cè)量吸收SO2后吸收率K2三、紫外熒光法熒光——某些物質(zhì)受到紫外光照射時(shí)，各自吸收一定波長(zhǎng)的光之后，發(fā)射出比照射光波波長(zhǎng)更長(zhǎng)的光。而紫外光停止照射后，這種光也隨之消失。第18頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.原理紫外光

SO2

熒光熒光強(qiáng)弱=f(SO2)（1）比爾定律：I—透射光強(qiáng)度Io—入射光強(qiáng)度c—被測(cè)物質(zhì)濃度l—透過(guò)層厚度k—被測(cè)物質(zhì)摩爾吸光系數(shù)（2）吸收光量（3）熒光強(qiáng)度與被吸收光量以及熒光效率成正比

F—熒光強(qiáng)度 第19頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（4）熒光物質(zhì)濃度很稀時(shí)被吸收光<總量2%，且klc≤0.05∴ K—測(cè)量熒光裝置的幾何結(jié)構(gòu)因素2.熒光法測(cè)定SO2的主要干擾（1）水分：

i）SO2可溶于水造成損失

ii）SO2遇水產(chǎn)生熒光猝滅→造成負(fù)誤差措施：半透膜滲透法反應(yīng)室加熱法（2）芳香烴化合物：在190~230mm紫外光激發(fā)下也能發(fā)射熒光→造成誤差措施：裝有特殊吸附劑的過(guò)濾預(yù)先除去。第20頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.熒光分析儀組成：氣路，熒光計(jì)（1）氣樣→除塵過(guò)濾器→采樣閥→滲透膜除水器→除烴器→熒光反應(yīng)室3→流量計(jì)→排出。（2）紫外光源→激發(fā)光濾光片5→反應(yīng)室3SO2分子激發(fā)產(chǎn)生熒光→發(fā)射光濾光片6→光電倍增管7→電子放大8→指示表9第21頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

§9-3氧量的測(cè)量氧化鋯：ZrO2—金屬氧化物陶瓷材料（1）常溫下→單斜晶體結(jié)構(gòu)，T≥1500℃時(shí)→立方晶體，體積7%收縮。（2）溫度↓→反方向相變→單斜晶體氧化鋯晶體隨溫度變化是不穩(wěn)定的，反復(fù)冷卻，加熱→ZrO2會(huì)斷裂因此，在ZrO2中加入少量CaO、Y2O3（氧化釔）稀土氧化物作穩(wěn)定劑不隨溫度變化的穩(wěn)定的立方晶體但鈣，釔化合價(jià)與鋯不同，一個(gè)鈣離子只與一個(gè)氧離子結(jié)合，晶體中就會(huì)留下一個(gè)氧離子空穴。第22頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、氧化鋯氧量計(jì)的工作原理

以氧化鋯作固體電解質(zhì)，并加入一定量的氧化鈣CaO或氧化釔（

Y2O3

）形狀——圓管狀，管內(nèi)外壁各燒結(jié)一層多孔柏金屬電極高溫下的電介質(zhì)兩側(cè)氧濃度不同時(shí)→濃差電勢(shì)→電勢(shì)~兩側(cè)氧濃度如一側(cè)氧固定→測(cè)量輸出電勢(shì)→另一側(cè)氧含量濃差電勢(shì)的形成：第23頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（1）氧化鋯管外側(cè)→被測(cè)氣體：氧分壓：P1氧濃度（2）氧化鋯管內(nèi)側(cè)→空氣→參比氣體氧分壓：P2氧濃度：設(shè) P1<P2

濃差電勢(shì)

第24頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（3）氧化鋯管內(nèi)外兩側(cè)附上、多孔的金屬鉑電極（4）高溫下：（600o~800℃時(shí)）①氧化鋯管內(nèi)壁（高氧分壓面）發(fā)生還原反應(yīng)內(nèi)壁面上ZrO2給出電子→帶正電、生成的通過(guò)ZrO2空穴→低氧分壓面②氧化鋯管外壁（低氧分壓面）氧化反應(yīng)管外壁而得到電子帶負(fù)電③管內(nèi)外兩側(cè)鉑電極→正極、負(fù)極兩極間理論電勢(shì)第25頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月R-理想氣體常數(shù)T-氣體熱力學(xué)溫度N-一個(gè)氧分子所得電子數(shù)F-法拉第常數(shù)P2-空氣（參比氣體）的氧分壓P1-煙氣（被測(cè)比氣體）的氧分壓∵混合氣體中，某氣體組的分壓力與總壓力之比與容積成分（濃度）成正比∴第26頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月空氣中含氧濃度 將R，F(xiàn)，n代入